(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つの駆動源により複数のツールを同時に回転方向に位置決めする回転位置決め機構を設けたヘッド部をＸＹロボットにより水平方向に移動させ、部品供給部から前記複数のツールにより複数の部品を取り出し基板へ実装する部品実装方法であって、
それぞれの前記ツールを順次前記回転位置決め機構により負の装着角度（０−装着角度）へ位置決めして部品を前記部品供給部から取り出す動作を前記ツールの数分繰り返し、
前記複数のツールの回転角度を前記回転位置決め機構により原点に位置決めして、各部品の姿勢を認識装置により認識し、
各部品について前記認識した結果で得た角度補正量だけ、それぞれの前記ツールを前記回転位置決め機構により回転させ、部品を基板に実装する動作を、順次前記ツールの数分繰り返す部品実装方法。
【請求項２】
前記ヘッド部に前記回転位置決め機構を複数設け、取り出し動作および実装動作の際に異なる回転位置決め機構を交互に使用する請求項１に記載の部品実装方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、多機能な部品実装機の部品実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、部品実装機は高精度・高生産性が追求されている。部品の取り出しと基板への実装動作を行う部品移載部としてのヘッド部がＸＹロボットによって移動される構成の多機能の部品実装機がある。この種の多機能の部品実装機の分野では、その部品供給形態の自由度の高さと、実装可能部品レンジの広さと、単純な構成がもたらす実装精度の高さとから必要とされる市場が拡大され、現在ではその弱点である実装スピードの高速化に向けた技術開発がなされてきている。
【０００３】
多機能部品実装機における実装スピードの高速化のための従来の部品実装方法としては、ヘッド部に複数本のツールを設け、部品取り出し時に複数個の部品を取り出し、各部品の取り出し姿勢を認識の後、部品を実装することを繰り返すことで、ＸＹロボットの移動時間を短縮させて高速化することが図られている。
【０００４】
以下図面を参照しながら、上述した従来の部品実装方法について説明する。
図６は従来の部品実装方法における角度補正の動作内容を模式的に示すものである。図６において、回転位置決めのための駆動源が各ツールに備わっている場合には、部品認識の前に装着角度方向への回転位置決めを行わせ、複数のツールを１つの回転位置決め駆動源で位置決めする場合には、部品吸着の状態のまま部品認識を行わせる。
【０００５】
このような部品実装の角度補正を行う多機能部品実装機の部品実装方法のうち、複数のツールを１つの駆動源によって回転位置決めする場合についての詳細動作を図７に示すフローチャートに基づいて説明する。
【０００６】
まず、ステップ♯４１において吸着ノズル本数の規定とカウンタｎの初期化を行い、ステップ♯４２で第１番ノズルの吸着点にＸＹロボットを位置決めし、ステップ♯４３〜♯４５で部品吸着を行い、ステップ♯４６の条件分岐とステップ♯４７のカウンタの増加によって部品の吸着動作を全てのノズルに対して行い、全ノズルの部品吸着が完了した後、ステップ♯４８で各ツール毎の部品吸着姿勢を認識する。
【０００７】
この後、制御装置内で各ツール毎の部品吸着姿勢のずれ量を角度補正量Δθ１、Δθ２・・・ΔθＮとして算出し、制御装置のメモリ内に格納する。次に、吸着の動作と同様にステップ♯５０〜♯５６において部品装着を行うが、この際ステップ♯５１に示すように回転位置決め機構は装着動作の度にそれぞれの部品の指定された装着角度に補正量を足した位置に位置決めを行う。
【０００８】
例を挙げると、４本のノズルで第１〜第４の部品をそれぞれ９０°、１８０°、０°、９０°で装着するものとし、第１番ノズル〜第４番ノズルで順に吸着動作を行い、吸着時のずれが−５°、４°、２°、−６°であった場合、それぞれ補正量は５°、−４°、−２°、６°となり、ステップ♯１１での各ノズルの相対的な動きは、
第１番ノズル：＋９５°
第２番ノズル：＋９５°→＋８１°
第３番ノズル：＋９５°→＋８１°→−１７４°
第４番ノズル：＋９５°→＋８１°→−１７４°→９４°
となる。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記のような方法では、部品認識後に（装着角度＋補正角度）を回転させるので、高速で回転位置決めをすると部品の慣性でずれてしまうという問題点を有している。上記の例では最終装着する第４の部品は部品認識後、絶対量で４４４°回転していることになる。また、ずれを防ぐために回転速度を落とすと、複数ノズルで吸着を行いＸＹロボットの移動時間を削減してきた意味が無くなり、実装スピードの低下につながるという問題点も有している。
【００１０】
また、各ツール毎に回転駆動源を持てばこの課題は解決できるが、この方法ではヘッド部の重量が増大し、ＸＹロボットを高速で移動することが困難となるという問題点を有している。
【００１１】
本発明は上記問題点を鑑み、実装スピードを高速化できるとともに、実装精度を向上できる部品実装方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記問題点を解決するために本発明は、１つの駆動源により複数のツールを同時に回転方向に位置決めする回転位置決め機構を設けたヘッド部をＸＹロボットにより水平方向に移動させ、部品供給部から前記複数のツールにより複数の部品を取り出し基板へ実装する部品実装方法であって、それぞれの前記ツールを順次前記回転位置決め機構により負の装着角度（０−装着角度）へ位置決めして部品を前記部品供給部から取り出す動作を前記ツールの数分繰り返し、前記複数のツールの回転角度を前記回転位置決め機構により原点に位置決めして、各部品の姿勢を認識装置により認識し、各部品について前記認識した結果で得た角度補正量だけ、それぞれの前記ツールを前記回転位置決め機構により回転させ、部品を基板に実装する動作を、順次前記ツールの数分繰り返すものである。
【００１３】
この発明によれば、実装スピードを高速化できるとともに、実装精度を向上できる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１に記載の発明は、１つの駆動源により複数のツールを同時に回転方向に位置決めする回転位置決め機構を設けたヘッド部をＸＹロボットにより水平方向に移動させ、部品供給部から前記複数のツールにより複数の部品を取り出し基板へ実装する部品実装方法であって、それぞれの前記ツールを順次前記回転位置決め機構により負の装着角度（０−装着角度）へ位置決めして部品を前記部品供給部から取り出す動作を前記ツールの数分繰り返し、前記複数のツールの回転角度を前記回転位置決め機構により原点に位置決めして、各部品の姿勢を認識装置により認識し、各部品について前記認識した結果で得た角度補正量だけ、それぞれの前記ツールを前記回転位置決め機構により回転させ、部品を基板に実装する動作を、順次前記ツールの数分繰り返すものである。
【００１５】
すなわち、１つの駆動源によって複数本のツールが同時に回転位置決めされる多機能部品実装機において、ツールを負の装着角度に回転位置決めさせた後に部品を取り出しさせる取り出し動作をツール毎に複数回繰り返した後にツールを原点（０°）に位置決めし、各部品を部品認識し、その認識結果による補正量を各部品毎に実装する直前に回転位置決め・実装を繰り返すものである。
【００１６】
これによれば、部品認識後の回転位置決めは非常に小さな補正量のみの位置決めで済むため、複数のツールであっても実装スピードを落とすことなく高精度に実装することができる。加えて、複数個の部品を取り出しした場合の最終実装部品も、部品認識後に回転する絶対量も補正量だけであるため非常に少ない。また、取り出し時の負の装着角度への位置決めは部品認識前であることから、部品を破棄しない程度の高速で行えるため、このことからも実装スピードの高速化を実現することができる。
【００１７】
請求項２に記載の発明は、上記請求項１に記載の発明において、前記ヘッド部に前記回転位置決め機構を複数設け、取り出し動作および実装動作の際に異なる回転位置決め機構を交互に使用するものである。
【００１８】
これによれば、駆動源を交互に動作させるため取り出し時の負の装着角度への位置決めが一方の駆動源につながったツールで取り出している間に次のツールの回転位置決めを行うことができるため、無駄時間が無くなり、実装時の補正量の位置決めも一方の駆動源のツールが実装している間に次の実装ツールを位置決めできるため、より緩やかな速度での位置決めができ、より高速で実装精度を向上することができる。また、駆動源の個数を無駄時間の無い最小限に抑えることができ、ツール本数をどれだけ増加させても無駄時間が発生しないため、ツール数の多いヘッド部には特に効果的である。
【００１９】
以下、本発明の実施の形態にかかる部品実装方法について、図面を参照しながら説明する。
図１の（ａ），（ｂ）は本発明の第１の実施の形態における部品実装方法を具現化するシステム構成を示すものである。図１の（ａ），（ｂ）において、１はヘッド部を水平方向に移動するＸＹロボット、２は部品を吸着するツールとしての４本（第１番〜第４番）のノズル、３はノズル２を回転方向に位置決めする駆動系、４は駆動系３の駆動源であるサーボモータ、５はノズル２をそれぞれ上下運動させる上下位置決め機構、６は部品の吸着姿勢を認識するための認識装置としてのカメラ、７はカメラ６からの画像情報を処理し位置補正量を算出する演算装置、８は実装する部品を供給するトレイ供給部、９は部品を実装するプリント基板、１０はノズル２の吸気・排気およびＸＹロボット１とサーボモータ４と上下位置決め機構５を制御する制御装置である。また、サーボモータ４と駆動系３により回転位置決め機構が構成されている。
【００２０】
以上のように構成されたシステムによる部品実装方法について、以下、図１，図２および図３を用いてその動作を説明する。
図２は本実施の形態の動作フローを示し、図３はノズルの動作と部品の方向の変化を模式したものであって、図２の動作フローにしたがい、図１、図３を参照しながら本実施の形態の動作を説明する。
【００２１】
まず、ステップ♯１において吸着ノズル本数の規定とカウンタｎの初期化を行い、ステップ♯２で第１番ノズル２を負の装着角度（０−装着角度）すなわち装着角度がθ１°であった場合−θ１°へ位置決めし、同時に第１番ノズル２の吸着点すなわちトレイ供給部８の位置にＸＹロボット１を位置決めする。このときのノズル２と吸着部品の位置関係は図３の「部品吸着」段階のようになる。
【００２２】
ステップ♯３〜♯５で上下位置決め機構５とノズル２の空圧を制御装置１０によって制御し部品吸着を行い、ステップ♯６の条件分岐とステップ♯７のカウンタの増加によって部品の吸着動作を４本のノズル２の全てに対して行い、全ノズル２の部品吸着が完了した後、ステップ♯８でサーボモータ４は原点位置に位置決めする。ステップ♯９で各ノズル２毎の部品吸着姿勢をカメラ６で認識する。この後ステップ♯１０で演算装置７において各ノズル２毎の部品吸着姿勢のずれ量を角度補正量Δθ１、Δθ２、Δθ３、Δθ４として算出して制御装置１０のメモリ内に格納する。
【００２３】
このときのノズル２と部品の位置関係と補正量Δθの位置関係は図３の「部品認識」段階のようになる。次に、吸着の動作と同様にステップ♯１１〜♯１７において部品装着を行うが、この際ステップ♯１２に示すように、駆動系３やサーボモータ４からなる回転位置決め機構は装着動作の度に制御装置９に記憶したそれぞれの部品の補正量の位置に位置決めを行う。この時点でのノズル２と部品の位置関係は、図３の「ノズルΔθ回転」のようになる。
【００２４】
従来例と同様の例を挙げると、第１〜第４の部品をそれぞれ９０°、１８０°、０°、９０°で装着するものとし、第１番〜第４番のノズル２で順に吸着動作を行い、吸着時のずれが−５°、４°、２°、−６°であった場合、それぞれ補正量は５°、−４°、−２°、６°となり、ステップ♯１２での各ノズル２の相対的な動きは、
第１番ノズル：＋５°
第２番ノズル：＋５°→−９°
第３番ノズル：＋５°→−９°→＋２°
第４番ノズル：＋５°→−９°→＋２°→＋８°
となる。すなわち、最終装着ノズル（第４番ノズル）でも絶対量で２４°しか動くことがない。
【００２５】
以上のように本実施の形態によれば、１つの駆動源（サーボモータ４）によって４本のノズル２が同時に回転位置決めされる多機能部品実装機において、ノズル２を負の装着角度に回転位置決めさせた後に部品を吸着させる吸着動作をノズル２毎に４回繰り返した後にノズル２を原点（０°）に位置決めし、各部品を部品認識し、その認識結果による補正量を各部品毎に実装する直前に回転位置決め・実装を繰り返すことにより、部品認識後のノズル２の回転量を最小限にすることができるため、部品認識後の部品の吸着姿勢に影響を与えることなく高速・高精度での部品実装が可能になる。
【００２６】
次に、本発明の第２の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図４は本発明の第２の実施の形態における部品実装方法を具現化するヘッド部の構成を示すもので、ヘッド部の他は図１の構成と同様なものである。
【００２７】
図４において、１４は部品を吸着するツールとしての４本のノズル、１３はノズル１４をそれぞれ上下運動させる上下位置決め機構、１２はノズル１４を偶数本目と奇数本目のグループ毎に回転方向の位置決めをする駆動系、１１は駆動系１２の駆動源である２個のサーボモータで、図１に示すシステム構成と異なるのは駆動系１２を偶数本目と奇数本目のノズル１４をグループに分けて、グループ個々に２個のサーボモータ１１によって独立して駆動するようにした点である。なお、各サーボモータ１１と駆動系１２によりそれぞれ回転位置決め機構が構成されている。
【００２８】
以上のように構成されたシステムによる部品実装方法について、以下図４および図５を用いてその動作を説明する。
図５は本実施の形態の動作フローを示したものであり、この動作フローにしたがい、図４を参照しながら本実施例の動作を説明する。なお、上記実施の形態と同機能のものには同符号を付す。
【００２９】
まず、ステップ♯２１において吸着ノズル本数の規定とカウンタｎの初期化を行い、ステップ♯２２で第１番ノズル１４を負の装着角度（０−装着角度）、すなわち装着角度がθ１°であった場合、角度−θ１°への位置決めを開始し、ステップ♯２３では第２番ノズル１４を負の装着角度（例えば−θ２°）への位置決めを開始すると同時に第１番ノズル１４の吸着点にＸＹロボット１を位置決めする。ステップ♯２４への移行は、第１番ノズル１４の位置決めが完了したことを条件とする。このときの第２番ノズル１４は位置決め中でも構わない。ステップ♯２４で上下位置決め機構１３とノズル１４の空圧を制御装置によって制御し部品吸着を行い、ステップ♯２５の条件分岐とステップ♯２６のカウンタの増加によって部品の吸着動作を順番に行い、奇数番ノズル１４全ての部品吸着が完了した後、ステップ♯２７および♯２８で最終のノズル１４に対しての部品吸着を完了する。
【００３０】
ステップ♯２９でサーボモータ１１は共にノズル１４を原点位置に位置決めする。ステップ♯３０で各ノズル１４毎の部品吸着姿勢をカメラ６で認識する。この後、ステップ♯３１で各ノズル毎の部品吸着姿勢のずれ量を角度補正量Δθ１、Δθ２、Δθ３、Δθ４として算出し、制御装置１０のメモリ内に格納する。次に、吸着の動作と同様にステップ♯３２〜♯３９において部品装着を行うが、この際ステップ♯３３および♯３４に示すように回転位置決め機構１２は装着動作の度に制御装置１０に記憶したそれぞれの部品の補正量の位置に交互に位置決めを行う。
【００３１】
従来例および上記第１の実施の形態と同様の例を挙げると、第１〜第４の部品をそれぞれ９０°、１８０°、０°、９０°で装着するものとし、第１番〜第４番のノズル１４で順に吸着動作を行い、吸着時のずれが−５°、４°、２°、−６°であった場合、それぞれ補正量は５°、−４°、−２°、６°となり、ステップ♯３３および♯３４での各ノズルの相対的な動きは、
第１番ノズル：＋５°
第２番ノズル：−４°
第３番ノズル：＋５°→−７
第４番ノズル：−４°→＋１０°
となる。すなわち、最終装着ノズル（第３番ノズル、第４番ノズル）１４は絶対量で最大１４°（第４ノズル）しか動くことがない。
【００３２】
以上のように、本実施の形態によれば、２つのサーボモータ１１に対し４本のノズル１４が奇数番目と偶数番目が同時に回転位置決めされる多機能部品実装機において、２個の回転位置決め機構のサーボモータ１１を交互に動作させるため吸着前の負の装着角度への位置決めが、一方のサーボモータ１１につながったノズル１４で吸着している間に他方のサーボモータ１１が次に吸着するノズル１４の回転位置決めを行うため無駄時間が無くなり、装着時の補正量の位置決めも一方のサーボモータにつながったノズルが実装している間に他方のサーボモータが次に実装するノズルを位置決めできるため、より緩やかな速度での位置決めができ、より高速で実装精度を向上することができる。
【００３３】
なお、上記第１の実施の形態においてノズル２は４本としたが２本以上の複数本であれば本数に制限はない。加えて認識装置のカメラ６としては部品姿勢を認識することができる測定機構であればよく、２次元のラインセンサを用いて、ＸＹロボット１の移動によって全体像を認識できるものでも良い。
【００３４】
また、上記第２の実施の形態においてノズル１４の本数を４本としたが駆動源１つに対して２本以上の複数本であれば本数に制限はない。また駆動源のサーボモータ１１を２個としたが、複数個であれば個数に制限はない。
【００３５】
また、両実施の形態において、部品取り出しをノズル２，１４による吸着動作としたが、部品を把持するメカチャッキングとしても良い。また、駆動源をサーボモータ４，１１としたが各種モータ、エアーシリンダなど位置決め制御ができる駆動源であればよい。くわえて、部品供給部はトレイプレートによる供給としたが、テーピング部品供給・スティック部品供給などとしても良く、部品形態には依存しない。
【００３６】
【発明の効果】
以上のように本発明の第１の発明によれば、１つの駆動源により複数のツールを同時に回転方向に位置決めする回転位置決め機構を設けたヘッド部をＸＹロボットにより水平方向に移動させ、部品供給部から前記複数のツールにより複数の部品を取り出し基板へ実装する部品実装方法であって、それぞれの前記ツールを順次前記回転位置決め機構により負の装着角度（０−装着角度）へ位置決めして部品を前記部品供給部から取り出す動作を前記ツールの数分繰り返し、前記複数のツールの回転角度を前記回転位置決め機構により原点に位置決めして、各部品の姿勢を認識装置により認識し、各部品について前記認識した結果で得た角度補正量だけ、それぞれの前記ツールを前記回転位置決め機構により回転させ、部品を基板に実装する動作を、順次前記ツールの数分繰り返すことにより、部品認識後の回転位置決めは非常に小さな補正量のみの位置決めで済むため、複数本のツールであっても実装スピードを落とすことなく高精度に実装することができる。加えて、複数個の部品を取り出しした場合の最終実装部品に関しても、部品認識後に回転する絶対量が補正量だけであるため非常に少ない。また、取り出し時の負の装着角度への位置決めは部品認識前であることから、部品を破棄しない程度の高速で行えるため、このことからも実装スピードの高速化を実現することができる。
【００３７】
本発明の第２の発明によれば、前記ヘッド部に前記回転位置決め機構を複数設け、取り出し動作および実装動作の際に異なる回転位置決め機構を交互に使用し、第１の発明の部品実装動作を行うことにより、駆動源を交互に動作させるため取り出し時の負の装着角度への位置決めが一方の駆動源につながったツールで取り出ししている間に次のツールの回転位置決めを行うため、無駄時間が無くなり、実装時の補正量の位置決めも一方の駆動源のツールが実装している間に次の実装ツールを位置決めできるため、より緩やかな速度での位置決めができ、より高速で実装精度を向上することができる。また、ツール本数をどれだけ増加させても無駄時間が発生しないため、ツール本数の多いヘッド部には特に効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態における部品実装方法を具現化するシステム構成を示すもので、（ａ）はシステム構成全体を概略的に示す斜視図、（ｂ）はシステム構成のヘッド部を示す斜視図。
【図２】同第１の実施の形態における実装動作のフローチャート。
【図３】同第１の実施の形態におけるノズルと部品の角度位置関係を模式的に示す図。
【図４】本発明の第２の実施の形態におけるヘッド部の構成を概略的に示す斜視図。
【図５】同第２の実施の形態における実装動作のフローチャート。
【図６】従来の部品実装方法のノズル回転動作と部品の位置関係を模式的に示す図。
【図７】従来の部品実装方法の実装動作の一例を示すフローチャート。
【符号の説明】
１            ＸＹロボット
２、１４      ノズル
３，１２      駆動系
４、１１      サーボモータ
５、１３      上下位置決め機構
６            カメラ（認識手段）
７            演算装置
８            トレイ供給部
９            プリント基板
１０          制御装置
【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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