特許 7535730 部品装着装置および部品装着方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-08

(45)【発行日】2024-08-19

(54)【発明の名称】部品装着装置および部品装着方法

(51)【国際特許分類】

   H05K 13/04 20060101AFI20240809BHJP

【ＦＩ】

H05K13/04 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020146567

(22)【出願日】2020-09-01

(65)【公開番号】P2022041400

(43)【公開日】2022-03-11

【審査請求日】2023-07-05

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】大和 大

【審査官】福島 和幸

(56)【参考文献】

【文献】特開２００６－２０３０８１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１９９４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３６１６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００６－２１０７２２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０５Ｋ １３／００－１３／０８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板を作業位置に位置決めする基板位置決め部と、
部品を供給するパーツフィーダと、
水平面内方向に移動自在に設けられ、複数のノズルを有し、前記パーツフィーダにより供給される複数の部品を前記複数のノズルに各々吸着させてピックアップする装着ヘッドと、
前記装着ヘッドがピックアップした前記複数の部品の状態の良否を判定する判定部と、
前記装着ヘッドがピックアップした前記複数の部品には前記判定部により状態が良好であると判定された部品と前記判定部により状態が不良であると判定された部品とが存在する場合に、前記判定部により状態が良好であると判定された部品が前記作業位置に位置決めされた前記基板に装着された後、前記判定部により状態が不良であると判定された部品は所定の部品投棄部に投棄されるように前記装着ヘッドを作動させる作動制御部と、を備え、
前記作動制御部は、前記装着ヘッドに部品を投棄させる際、前記装着ヘッドを横方向に微小振動させる、部品装着装置。

【請求項2】

前記装着ヘッドは前記判定部により状態が不良であると判定された部品を投棄する際、前記ノズルの下端からエアを吹き出させる、請求項１に記載の部品装着装置。

【請求項3】

前記装着ヘッドがピックアップした部品を撮像するカメラを備え、前記判定部は、前記カメラが撮像により取得した部品の画像に基づいて部品の状態の良否を判定する、請求項１または２に記載の部品装着装置。

【請求項4】

基板を作業位置に位置決めする基板位置決め工程と、
パーツフィーダにより供給される複数の部品を複数のノズルを有する装着ヘッドが前記複数のノズルに各々吸着させてピックアップする部品ピックアップ工程と、
前記装着ヘッドが前記部品ピックアップ工程でピックアップした前記複数の部品の状態の良否を判定する判定工程と、
前記部品ピックアップ工程で前記装着ヘッドがピックアップした前記複数の部品には前記判定工程で状態が良好であると判定された部品と前記判定工程により状態が不良であると判定された部品とが存在する場合に、前記判定工程で状態が良好であると判定された部品が前記作業位置に位置決めされた前記基板に装着されるように前記装着ヘッドを作動させる部品装着工程と、
前記部品装着工程の後、前記判定工程で状態が不良であると判定された部品が所定の部品投棄部に投棄されるように前記装着ヘッドを作動させる部品投棄工程と、を含み、
前記部品投棄工程において前記装着ヘッドに部品を投棄させる際、前記装着ヘッドを横方向に微小振動させて前記ノズルから部品を振り落とす、部品装着方法。

【請求項5】

前記部品投棄工程において、前記ノズルの下端からエアを吹き出させて前記ノズルの下端から前記判定工程で状態が不良であると判定された部品を下方に押し出す、請求項４に記載の部品装着方法。

【請求項6】

前記判定工程において、前記装着ヘッドがピックアップした部品をカメラが撮像により取得した部品の画像に基づいて部品の状態の良否を判定する、請求項４または５に記載の部品装着方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、装着ヘッドがノズルに吸着させてピックアップした部品を基板に装着する部品装着装置および部品装着方法に関する。

【背景技術】

【0002】

基板に部品を装着する部品装着装置は、装着ヘッドがパーツフィーダにより供給される部品をノズルに吸着させてピックアップし、そのピックアップした部品を基板位置決め部により作業位置に位置決めされた基板に装着する構成となっている。このような部品装着装置では、装着ヘッドがピックアップした部品をカメラによって撮像等することによって、その部品の状態の良否が判定される。そして、状態が良好であると判定された部品については基板に装着し、状態が不良であると判定された部品については、予め用意した不良品回収箱に落下させて回収するようになっている（例えば、下記の特許文献１参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平６－１７７５９３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、ノズルによる部品の吸着を解除しても、部品とノズルとの間にペースト等の粘着質の物質が付着していると、ノズルから部品が容易に離脱しない場合がある。このような場合には、部品装着装置の動作を停止させたうえで、作業者が手作業でノズルから部品を引き離す必要があり、その間は部品装着装置による作業を中断せざるを得ないために生産性が低下するという問題点があった。

【0005】

そこで本発明は、投棄しようとする部品をノズルから確実に離脱させることができ、作業の中断による生産性の低下を防止できる部品装着装置および部品装着方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明の部品装着装置は、基板を作業位置に位置決めする基板位置決め部と、部品を供給するパーツフィーダと、水平面内方向に移動自在に設けられ、複数のノズルを有し、前記パーツフィーダにより供給される複数の部品を前記複数のノズルに各々吸着させてピックアップする装着ヘッドと、前記装着ヘッドがピックアップした前記複数の部品の状態の良否を判定する判定部と、前記装着ヘッドがピックアップした前記複数の部品には前記判定部により状態が良好であると判定された部品と前記判定部により状態が不良であると判定された部品とが存在する場合に、前記判定部により状態が良好であると判定された部品が前記作業位置に位置決めされた前記基板に装着された後、前記判定部により状態が不良であると判定された部品は所定の部品投棄部に投棄されるように前記装着ヘッドを作動させる作動制御部と、を備え、前記作動制御部は、前記装着ヘッドに部品を投棄させる際、前記装着ヘッドを横方向に微小振動させる。

【0007】

本発明の部品装着方法は、基板を作業位置に位置決めする基板位置決め工程と、パーツフィーダにより供給される複数の部品を複数のノズルを有する装着ヘッドが前記複数のノズルに各々吸着させてピックアップする部品ピックアップ工程と、前記装着ヘッドが前記部品ピックアップ工程でピックアップした前記複数の部品の状態の良否を判定する判定工程と、前記部品ピックアップ工程で前記装着ヘッドがピックアップした前記複数の部品には前記判定工程で状態が良好であると判定された部品と前記判定部により状態が不良であると判定された部品とが存在する場合に、前記判定工程で状態が良好であると判定された部品が前記作業位置に位置決めされた前記基板に装着されるように前記装着ヘッドを作動させる部品装着工程と、前記部品装着工程の後、前記判定工程で状態が不良であると判定された部品が所定の部品投棄部に投棄されるように前記装着ヘッドを作動させる部品投棄工程と、を含み、前記部品投棄工程において前記装着ヘッドに部品を投棄させる際、前記装着ヘッドを横方向に微小振動させて前記ノズルから部品を振り落とす。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、投棄しようとする部品をノズルから確実に離脱させることができ、作業の中断による生産性の低下を防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施の形態における部品装着装置の要部斜視図

【図2】本発明の一実施の形態における部品装着装置の要部平面図

【図3】本発明の一実施の形態における部品装着装置の制御系統を示すブロック図

【図4】本発明の一実施の形態における部品装着装置が備える装着ヘッドを横方向に微小振動させている状態を示す図

【図5】本発明の一実施の形態における部品装着装置による部品装着作業の流れを示すフローチャート

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。先ず、図１および図２に基づいて部品装着装置１の構造を説明する。図１および図２において、部品装着装置１は基板ＫＢに部品ＢＨを装着する装置であり、基台１１、搬送コンベア１２、複数のパーツフィーダ１３、ヘッド移動機構１４、装着ヘッド１５、部品認識カメラ１６、投棄部品収容箱１７および制御装置１８を備えている。

【0011】

図１および図２において、搬送コンベア１２は基台１１の中央部を左右方向（Ｘ軸方向）に延びており、前後方向（Ｙ軸方向）に対向して配置された一対の搬送ベルト１２ａによって、基板ＫＢの両端部を下方から支持して搬送する。搬送コンベア１２は上流側から送られてきた基板ＫＢを受け取って基台１１の中央部側へ搬送し、所定の作業位置に位置決めする。すなわち本実施の形態において、搬送コンベア１２は、基板ＫＢを作業位置に位置決めする基板位置決め部となっている。

【0012】

図１および図２において、複数のパーツフィーダ１３は、作業者ＯＰから見た搬送コンベア１２の手前側に設けられたフィーダベース１１Ｆに、Ｘ軸方向に並んで取り付けられている。各パーツフィーダ１３は、基板ＫＢに装着される部品ＢＨを搬送コンベア１２側の端部に設けられた部品供給口１３Ｋに供給する。

【0013】

図１および図２において、ヘッド移動機構１４は、基台１１に固定されてＹ軸方向に延びて設けられた固定ビーム１４Ａと、固定ビーム１４Ａに一端側が支持されてＸ軸方向に延びた移動ビーム１４Ｂを備えている。装着ヘッド１５は移動ビーム１４Ｂに取り付けられている。

【0014】

固定ビーム１４Ａと移動ビーム１４Ｂの間にはビーム移動リニアモータ１４Ｃが設けられており、移動ビーム１４Ｂはビーム移動リニアモータ１４Ｃの作動によって、固定ビーム１４Ａ上をＹ軸方向に移動する。移動ビーム１４Ｂと装着ヘッド１５の間にはヘッド移動リニアモータ１４Ｄが設けられており、装着ヘッド１５はヘッド移動リニアモータ１４Ｄの作動によって、移動ビーム１４Ｂ上をＸ軸方向に移動する。装着ヘッド１５は、ビーム移動リニアモータ１４Ｃの作動によるＹ軸方向の移動と、ヘッド移動リニアモータ１４Ｄの作動によるＸ軸方向への移動との組み合わせによって、基台１１の上方領域を水平面内（ＸＹ面内）方向に自在に移動することができる。

【0015】

図１において、装着ヘッド１５は下方に延びた複数のノズル１５Ｎを備えている。各ノズル１５Ｎは、装着ヘッド１５内に設けられたノズル駆動部１５Ａに駆動されて、装着ヘッド１５に対する昇降動作と、Ｚ軸まわりの回動動作を行う。各ノズル１５Ｎには、装着ヘッド１５に設けられたバルブユニット１５Ｂを通じて真空圧を供給することができ、これにより各ノズル１５Ｎの下端に吸着力を発生させることができる。また、バルブユニット１５Ｂを通じてノズル１５Ｎ内に正圧を付与することもでき、これにより各ノズル１５Ｎの下端からエアを吹き出させることができる。

【0016】

図１および図２において、部品認識カメラ１６は基台１１の搬送コンベア１２とパーツフィーダ１３との間の領域に設けられている。部品認識カメラ１６は撮像光軸を上方に向けており、装着ヘッド１５がノズル１５Ｎに吸着させてピックアップした部品ＢＨを下方から撮像する。

【0017】

投棄部品収容箱１７は上方に開口した容器であり、部品認識カメラ１６の側方に、基台１１に対して着脱自在に設けられている。投棄部品収容箱１７には、装着ヘッド１５がピックアップした部品ＢＨのうち、部品認識カメラ１６によって認識された結果、状態が不良であって基板ＫＢに装着するべきでないと判断された部品ＢＨが投棄される。投棄部品収容箱１７に投棄された部品ＢＨは、適切な時期に投棄部品収容箱１７が取り外されることによって回収される。

【0018】

図３において、制御装置１８は、部品装着装置１が備える各部の動作の制御を行う。具体的には、制御装置１８は、搬送コンベア１２を作動させて基板ＫＢの搬送と作業位置への位置決めを行い、各パーツフィーダ１３を作動させて部品供給口１３Ｋに部品ＢＨを供給させる。また制御装置１８は、ビーム移動リニアモータ１４Ｃとヘッド移動リニアモータ１４Ｄを作動させて、装着ヘッド１５を水平面内で移動させる。また制御装置１８は、ノズル駆動部１５Ａを作動させて各ノズル１５Ｎを昇降および回転させる。また、バルブユニット１５Ｂを作動させて各ノズル１５Ｎの下端に吸着力を発生させ、あるいはノズル１５Ｎの下端からエアを吹き出させる。また制御装置１８は、装着ヘッド１５がノズル１５Ｎに吸着させてピックアップした部品ＢＨを部品認識カメラ１６に撮像させて、その部品ＢＨの認識を行う。

【0019】

図３において、制御装置１８は記憶部２１、作動制御部２２および判定部２３を備えている。記憶部２１には部品装着作業の実行手順を定めた部品装着プログラムのほか、基板ＫＢに装着する部品ＢＨの種類や大きさ等の種々のデータが記憶されている。作動制御部２２は、記憶部２１に記憶された部品装着プログラムに基づいて部品装着装置１の各部を所定の順序で作動させ、基板ＫＢ上に定められた各目標装着座標に部品ＢＨを装着させる。

【0020】

判定部２３は、装着ヘッド１５がピックアップした部品ＢＨの状態の良否を判定する。ここで、「部品ＢＨの状態の良否」とは、部品ＢＨそのものの良否（欠陥部があるか否か）のほか、ノズル１５Ｎに対する部品ＢＨの吸着状態の良否（ノズル１５Ｎに正常な姿勢で吸着されているか否か）等をいう。本実施の形態では、判定部２３は、装着ヘッド１５がピックアップした部品ＢＨを部品認識カメラ１６により撮像して得られる画像に基づいて、部品ＢＨの状態の良否を判定する。

【0021】

制御装置１８の作動制御部２２は、装着ヘッド１５がピックアップした部品ＢＨのうち、判定部２３により状態が良好であると判定された部品ＢＨについては、その部品ＢＨが作業位置に位置決めされた基板ＫＢに装着されるように、装着ヘッド１５を作動させる。一方、作動制御部２２は、装着ヘッド１５がピックアップした部品ＢＨのうち、判定部２３により状態が不良であると判定された部品ＢＨについては、基板ＫＢに装着することは不適切であるとして、基板ＫＢに装着されることなく所定の部品投棄部（ここでは投棄部品収容箱１７）に投棄されるように、装着ヘッド１５を作動させる。

【0022】

ここで、作動制御部２２は、装着ヘッド１５に部品ＢＨを投棄させる際には、装着ヘッド１５を投棄部品収容箱１７の上方に移動させ、ノズル１５Ｎによる部品ＢＨの吸着を解除する。そして、ヘッド移動リニアモータ１４Ｄを作動させ、装着ヘッド１５を横方向（ここでは移動ビーム１４Ｂに沿った方向であるＸ軸方向）に微小振動させることによって、部品ＢＨをノズル１５Ｎから振り落とすようにする（図４）。このため部品ＢＨとノズル１５Ｎとの間にペースト等の粘着質の物質が付着していたような場合であっても、部品ＢＨをノズル１５Ｎから確実に離脱させることができる。

【0023】

また、作動制御部２２は、装着ヘッド１５を横方向に微小振動させている間、バルブユニット１５Ｂを作動させ、ノズル１５Ｎ（少なくとも状態が不良であると判定された部品ＢＨを吸着しているノズル１５Ｎ）に正圧を付与する。これによりノズル１５Ｎの下端からエアが吹き出され、部品ＢＨはノズル１５Ｎの下端から下方に押し出されるので、部品ＢＨはより確実にノズル１５Ｎから離脱する。

【0024】

次に、部品装着装置１が実行する部品装着作業の流れ（部品装着方法）を図５に示すフローチャートに基づいて説明する。部品装着作業では先ず、搬送コンベア１２が上流側から送られてきた基板ＫＢを受け取って搬送し、作業位置に位置決めする（ステップＳＴ１の基板位置決め工程）。

【0025】

基板ＫＢが作業位置に位置決めされたら、ヘッド移動機構１４が装着ヘッド１５をパーツフィーダ１３の上方に移動させる。装着ヘッド１５は、パーツフィーダ１３の上方に移動したら、パーツフィーダ１３により供給される部品ＢＨを複数のノズル１５Ｎそれぞれに吸着させてピックアップする（ステップＳＴ２の部品ピックアップ工程）。

【0026】

装着ヘッド１５が部品ＢＨをピックアップしたら、ヘッド移動機構１４は装着ヘッド１５にピックアップされた部品ＢＨが部品認識カメラ１６の上方を通過するように装着ヘッド１５を移動させる。部品認識カメラ１６は部品ＢＨが上方を通過するときその部品ＢＨを撮像し、制御装置１８は部品認識カメラ１６の撮像によって得られた画像に基づいて部品ＢＨの認識を行う（ステップＳＴ３の部品認識工程）。

【0027】

制御装置１８は、上記のようにして部品ＢＨの認識を行うとき、判定部２３において、装着ヘッド１５がピックアップした各部品ＢＨの状態の良否を判定する（ステップＳＴ４の判定工程）。その結果、状態が不良であると判定された部品ＢＨがなかった場合には、ヘッド移動機構１４は装着ヘッド１５を基板ＫＢの上方に移動させ、装着ヘッド１５はピックアップした部品ＢＨを基板ＫＢに設定されている目標装着座標に装着する（ステップＳＴ５の部品装着工程）。装着ヘッド１５が部品ＢＨを目標装着座標に装着する際には、部品ＢＨの認識結果に基づいた位置補正がなされる。

【0028】

一方、制御装置１８は、ステップＳＴ４の判定工程において、状態が不良であると判定された部品ＢＨがあった場合には、装着ヘッド１５を基板ＫＢの上方に移動させたうえで、状態が良好であると判定された部品ＢＨのみを基板ＫＢに装着した後（ステップＳＴ６。部品装着工程）、装着ヘッド１５を投棄部品収容箱１７の上方に移動させる（ステップＳＴ７。装着ヘッド移動工程）。そして、ノズル１５Ｎによる部品ＢＨの吸着を解除したうえで、装着ヘッド１５を横方向（ここでは移動ビーム１４Ｂに沿った方向であるＸ軸方向）に微小振動させながらノズル１５Ｎの下端からエアを吹き出させることによって、部品ＢＨを投棄部品収容箱１７に投棄させる（ステップＳＴ８。部品投棄工程）。

【0029】

制御装置１８は、ステップＳＴ８の部品投棄工程を実行したら、ステップＳＴ４の判定工程で状態が不良であると判定された部品ＢＨ、すなわち投棄対象となっていた全ての部品ＢＨがノズル１５Ｎから離脱したかどうかを判断する（ステップＳＴ９）。この判断は、装着ヘッド１５を部品認識カメラ１６の上方に移動させ、部品認識カメラ１６によって、投棄対象の部品ＢＨをピックアップしていたノズル１５Ｎを撮像することによって行う。あるいは、ノズル１５Ｎ内の圧力を計測し、その圧力値からノズル１５Ｎから部品ＢＨが脱落したか否かを判断するようにしてもよい。

【0030】

制御装置１８は、ステップＳＴ９において、投棄対象となっている部品ＢＨのうちの少なくともひとつの部品ＢＨがノズル１５Ｎから離脱していないと判断された場合には、作業者ＯＰが手作業でノズル１５Ｎから部品ＢＨを取り除く作業を実施できるように、部品装着装置１の稼働を一時的に停止させる（ステップＳＴ１０）。一方、ステップＳＴ５の部品装着工程で部品ＢＨを基板ＫＢに装着した場合や、ステップＳＴ９において投棄対象となっている全ての部品ＢＨがノズル１５Ｎから離脱したことを確認できた場合には、ステップＳＴ１１に進む。

【0031】

ステップＳＴ１１では、現在部品装着の対象としている基板ＫＢに装着すべき部品ＢＨを全て装着したか否かを判断する。その結果、基板ＫＢにまだ装着していない部品ＢＨがある場合にはステップＳＴ２に戻ってノズル１５Ｎによる部品ＢＨのピックアップを行う。一方、ステップＳＴ１１で、基板ＫＢに装着すべき部品ＢＨが全て装着されたと判断された場合には、搬送コンベア１２が基板ＫＢを部品装着装置１の下流側に搬出する（ステップＳＴ１２）。これにより現在部品装着の対象としている基板ＫＢについての部品装着作業が終了する。

【0032】

以上説明したように、本実施の形態における部品装着装置１では、判定部２３により状態が不良であると判定された部品ＢＨを部品投棄部（投棄部品収容箱１７）に投棄する際、装着ヘッド１５を横方向に微小振動させて、ノズル１５Ｎから部品ＢＨを振り落とすようにする。これにより、投棄しようとする部品ＢＨを確実にノズル１５Ｎから離脱させることができるので、部品装着装置１の稼働を停止させて作業者ＯＰが手作業でノズル１５Ｎから部品ＢＨを引き離す必要がなく、作業の中断による生産性の低下を防止できる。

【0033】

これまで本発明の実施の形態について説明してきたが、本発明は上述したものに限定されず、種々の変形等が可能である。例えば、上述の実施の形態では、投棄しようとする部品ＢＨをノズル１５Ｎから振り落とす際、併せてノズル１５Ｎの下端からエアを吹き出させるようにしていたが、このエアの吹き出しは必須ではなく、部品ＢＨの吸着を解除したうえで、装着ヘッド１５を横方向に微小振動させるのみであってもよい。

【0034】

また、上述の実施の形態では、装着ヘッド１５を水平面内方向に自在に移動させるヘッド移動機構１４がリニアモータ（ビーム移動リニアモータ１４Ｃおよびヘッド移動リニアモータ１４Ｄ）を用いた駆動系によって駆動される構成となっていたが、リニアモータに変えて、ボール螺子を用いた駆動系等、他の駆動系によって駆動されるようになっていてもよい。

【0035】

また、上述の実施の形態では、箱状の部材（投棄部品収容箱１７）を部品投棄部としていたが、部品投棄部は箱状の部材でなくてもよく、ステージ状の部材やコンベア等であっても構わない。

【産業上の利用可能性】

【0036】

投棄しようとする部品をノズルから確実に離脱させることができ、作業の中断による生産性の低下を防止できる部品装着装置および部品装着方法を提供する。

【符号の説明】

【0037】

１ 部品装着装置
１２ 搬送コンベア（基板位置決め部）
１３ パーツフィーダ
１４ ヘッド移動機構
１５ 装着ヘッド
１５Ｎ ノズル
１６ 部品認識カメラ（カメラ）
１７ 投棄部品収容箱（部品投棄部）
２２ 作動制御部
２３ 判定部
ＢＨ 部品
ＫＢ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】