JP2010010272A - 部品実装装置および部品実装方法 - Google Patents

Abstract

【課題】部品吸着用のノズルの交換回数に係わらず、効率よく部品の実装作業を行う。
【解決手段】本発明の部品実装装置は、ノズル載置場５における複数種類のノズル４３ｂの配置状態を複数通り割り出すノズル配置割り出し手段８３ａと、ノズル配置割り出し手段８３ａによって割り出された各ノズル４３ｂの配置状態について、吸着ヘッド４３ａに装着されるノズル４３ｂの交換に要する時間を算出するノズル交換時間演算手段８３ｂと、各ノズルの配置状態についてノズル交換時間演算手段８３ｂによって算出された時間とノズルの交換以外の実装処理に要する時間とに基づいて実装処理全体の所要時間を算出する実装処理時間演算手段８３ｃと、実装処理時間演算手段８３ｃによって算出された複数種類のノズル配置状態についての実装処理全体の所要時間を比較し、その中から実装処理全体の所要時間が短いノズル配置状態を選択するノズル配置選択手段８３ｄとを含む。
【選択図】図７

Description

本発明は、部品実装装置および部品実装方法に関する。さらに詳しくは、移動可能なヘッドユニットによって部品が基板上の所定の位置に搬送され実装されるように構成された部品実装装置および部品実装方法に関する。

従来、移動可能なヘッドユニットによって部品が基板上の所定の位置に搬送され実装されるように構成された部品実装装置が知られている。

ヘッドユニットには、部品吸着用の吸着ヘッドが搭載されており、この吸着ヘッドの下端には、電子部品を吸着するためのノズルが装着されている。吸着ヘッドの下端に装着されるノズルは、吸着する電子部品の種類に合わせて交換される。ノズルの交換は、部品実装装置上に設けられたノズルステーションというノズルの保管場所の上でヘッドユニットによって自動的に行われる。ノズルステーションには、複数の種類のノズルがそれぞれ所定の位置に配置されている。吸着ヘッドの下端に、ノズルステーションに載置された特定のノズルを装着する場合、ヘッドユニットは、吸着ヘッドをノズルステーション上に載置された特定のノズルの上方まで移動させて、吸着ヘッドを下降させ、ノズルをその下端に装着する。

ヘッドユニットによってノズルの交換が自動的に行われる場合、ノズルステーションにおけるノズルの品種の位置関係は、ノズルの交換の効率に大きな影響を及ぼす。

特許文献１には、ノズルステーション上のノズルの配置を変更する際のノズル運用方法が開示されている。このなかでは、ノズルの交換回数が最も少なくなるように、ノズルステーション上の各種ノズルの配置を設定することで、基板の生産効率を向上させている。
特開２００３−７８２８９号公報

しかしながら、ノズルの交換回数が最も少ない場合であっても、ノズルの交換作業状況に起因して、部品の実装作業に時間がかかってしまう状況が発生している。

本発明は、上記従来の問題に鑑みてなされたものであり、部品吸着用のノズルの交換回数に係わらず、効率よく部品の実装作業を行うことができる部品実装装置および部品実装方法を提供することを目的としている。

本発明の第１の部品実装装置は、部品吸着用の吸着ヘッドが備えられた移動可能なヘッドユニットと、前記吸着ヘッドの先端に装着される、交換可能な複数種類のノズルが載置されるノズル載置場とを有し、前記ヘッドユニットによって部品が基板上の所定の位置に搬送され実装されるように構成された部品実装装置であって、前記ノズル載置場における複数種類のノズルの配置状態を複数通り割り出すノズル配置割り出し手段と、前記ノズル配置割り出し手段によって割り出された各ノズルの配置状態について、前記吸着ヘッドに装着されるノズルの交換に要する時間を算出するノズル交換時間演算手段と、前記各ノズルの配置状態について前記ノズル交換時間演算手段によって算出された時間とノズルの交換以外の実装処理に要する時間とに基づいて実装処理全体の所要時間を算出する実装処理時間演算手段と、前記実装処理時間演算手段によって算出された複数種類のノズル配置状態についての実装処理全体の所要時間を比較し、その中から実装処理全体の所要時間が短いノズル配置状態を選択するノズル配置選択手段とを含むことを特徴としている。

この発明によれば、ノズル交換時間演算手段により求めたノズルの交換に要する時間を用いて、実装処理全体の所要時間が算出される。そして、実装処理全体の所要時間が比較的短いノズル配置状態がノズル配置選択手段によって選択される。つまり、ノズル載置場のノズル配置状態が、ノズルの交換回数に基づいて決定されるわけではなく、ノズルの交換に要する時間を用いて算出された実装処理全体の所要時間に基づいて決定される。すなわち、ノズルの交換回数が多く実装処理全体の所要時間が短い場合と、ノズルの交換回数が少なく実装処理全体の所要時間が長い場合とがあれば、ノズル配置選択手段は、前者のノズル配置状態を選択する。したがって、部品吸着用のノズルの交換回数に係わらず、効率よく部品の実装作業を行うことができる。

また、前記ノズル交換時間演算手段は、前記ノズルを交換する際の前記ノズル載置場での前記吸着ヘッドの少なくとも移動距離を考慮して前記ノズルの交換に要する時間を算出することが好ましい。

この発明によれば、ノズル載置場での吸着ヘッドの少なくとも移動距離を考慮してノズルの交換に要する時間を算出するので、ノズルの交換に要する時間をより正確に算出することができる。

また、前記ノズル交換時間演算手段は、前記ノズル載置場に載置される複数種類のノズルのうち特定のノズルを前記吸着ヘッドに装着するタイミングが異なる複数通りの、前記ノズルの交換に要する時間を算出することが好ましい。

この発明によれば、特定のノズルについて、装着するタイミングが異なる複数通りの、ノズルの交換に要する時間を算出するので、多様なノズルの交換に要する時間に基づいてノズルの配置状態を選択することができる。

また、ノズル交換とノズル交換以外の準備作業とが時間的に重複する場合に、前記実装処理時間演算手段は、ノズル交換に要する時間のうちで前記準備作業と重複する時間を除いた時間と、前記準備作業に要する時間と、それ以外の実装処理に要する時間とを加えることにより、前記実装処理全体の所要時間を算出することが好ましい。

この発明によれば、ノズル交換とノズル交換以外の準備作業とが時間的に重複する場合には、実装処理全体の所要時間を算出する際に、ノズル交換に要する時間のうちで前記準備作業と重複する時間を除いた時間と、前記準備作業に要する時間と、それ以外の実装処理に要する時間とを加えることにより、実装処理全体の所要時間が算出される。したがって、それぞれの作業に要する時間を単純に積算することなく、正味の時間で実装処理全体の所要時間を算出することができる。

本発明の第２の部品実装装置は、部品吸着用の吸着ヘッドが備えられた移動可能なヘッドユニットと、前記吸着ヘッドの先端に装着される、交換可能な複数種類のノズルが載置されるノズル載置場とを有し、前記ヘッドユニットによって部品が基板上の所定の位置に搬送され実装されるように構成された部品実装装置であって、前記ノズル載置場における複数種類のノズルの配置状態を複数通り割り出すノズル配置割り出し手段と、前記ノズル配置割り出し手段によって割り出された各ノズルの配置状態について、前記吸着ヘッドに装着されるノズルの交換に要する時間を算出するノズル交換時間演算手段と、前記各ノズルの配置状態について前記ノズル交換時間演算手段により求めたノズルの交換に要する時間を比較し、その中からノズルの交換に要する時間が短いノズル配置状態を選択するノズル配置選択手段とを含むことを特徴としている。

この発明によれば、ノズル交換時間演算手段により求めたノズルの交換に要する時間に基づいて、ノズルの交換に要する時間が比較的短いノズル配置状態がノズル配置選択手段によって選択される。つまり、ノズル載置場のノズル配置状態が、ノズルの交換回数に基づいて決定されるわけではなく、ノズルの交換に要する時間に基づいて決定される。すなわち、ノズルの交換回数が多くノズルの交換に要する時間が短い場合と、ノズルの交換回数が少なくノズルの交換に要する時間が長い場合とがあれば、ノズル配置選択手段は、前者のノズル配置状態を選択する。したがって、部品吸着用のノズルの交換回数に係わらず、効率よく部品の実装作業を行うことができる。

また、前記ノズル交換時間演算手段は、前記ノズルを交換する際の前記ノズル載置場での前記吸着ヘッドの少なくとも移動距離を考慮して前記ノズルの交換に要する時間を算出することが好ましい。

この発明によれば、ノズル載置場での吸着ヘッドの少なくとも移動距離を考慮してノズルの交換に要する時間を算出するので、ノズルの交換に要する時間をより正確に算出することができる。

また、前記ノズル交換時間演算手段は、前記ノズル載置場に載置される複数種類のノズルのうち特定のノズルを前記吸着ヘッドに装着するタイミングが異なる複数通りの、前記ノズルの交換に要する時間を算出することが好ましい。

この発明によれば、特定のノズルについて、装着するタイミングが異なる複数通りの、ノズルの交換に要する時間を算出するので、多様なノズルの交換に要する時間に基づいてノズルの配置状態を選択することができる。

また、前記基板が変更される場合に前記ノズル載置場に配置される前記ノズルの配置を変更するノズル配置変更手段が備えられていることが好ましい。

この発明によれば、ノズル載置場のノズルの配置を変更するノズル配置変更手段が備えられているので、ノズル載置場におけるノズルの配置の変更作業を自動的に確実に行うことができる。

また、前記ヘッドユニットが、前記ノズル配置変更手段を兼ねていることが好ましい。

この発明によれば、ヘッドユニットが、ノズル配置変更手段を兼ねていることにより、ノズル配置変更手段を別個に備える必要がない。

本発明の第１の部品実装方法は、部品吸着用の吸着ヘッドが備えられた移動可能なヘッドユニットと、前記吸着ヘッドの先端に装着される、交換可能な複数種類のノズルが載置されるノズル載置場とを有し、前記ヘッドユニットによって部品が基板上の所定の位置に搬送され実装されるように構成された部品実装装置の部品実装方法であって、前記ノズル載置場における複数種類のノズルの配置状態を複数通り割り出すノズル配置割出ステップと、前記ノズル配置割出ステップで割り出された各ノズルの配置状態について、前記吸着ヘッドに装着されるノズルの交換に要する時間を算出するノズル交換時間演算ステップと、前記ノズル交換時間演算ステップで算出された時間とノズル交換以外の実装処理に要する時間とに基づいて実装処理全体の所要時間を算出する実装処理時間演算ステップと、前記実装処理時間演算ステップで算出された複数種類のノズル配置状態についての実装処理全体の所要時間を比較し、その中から実装処理全体の所要時間が短いノズルの配置状態を選択するノズル配置選択ステップとを含むことを特徴としている。

この発明によれば、ノズル交換時間演算ステップで求めたノズルの交換に要する時間を用いて、実装処理全体の所要時間が算出される。そして、実装処理全体の所要時間が比較的短いノズル配置状態がノズル配置選択ステップで選択される。つまり、ノズル載置場のノズル配置状態が、ノズルの交換回数に基づいて決定されるわけではなく、ノズルの交換に要する時間を用いて算出された実装処理全体の所要時間に基づいて決定される。すなわち、ノズルの交換回数が多く実装処理全体の所要時間が短い場合と、ノズルの交換回数が少なく実装処理全体の所要時間が長い場合とがあれば、ノズル配置選択手段は、前者のノズル配置状態を選択する。したがって、部品吸着用のノズルの交換回数に係わらず、効率よく部品の実装作業を行うことができる。

本発明の第２の部品実装方法は、部品吸着用の吸着ヘッドが備えられた移動可能なヘッドユニットと、前記吸着ヘッドの先端に装着される、交換可能な複数種類のノズルが載置されるノズル載置場とを有し、前記ヘッドユニットによって部品が基板上の所定の位置に搬送され実装されるように構成された部品実装装置の部品実装方法であって、前記ノズル載置場における複数種類のノズルの配置状態を複数通り割り出すノズル配置割出ステップと、前記ノズル配置割出ステップで割り出された各ノズルの配置状態について、前記吸着ヘッドに装着されるノズルの交換に要する時間を算出するノズル交換時間演算ステップと、前記ノズル交換時間演算ステップで算出された時間を比較し、その中からノズルの交換に要する時間が短いノズル配置状態を選択するノズル配置選択ステップとを含むことを特徴としている。

この発明によれば、ノズル交換時間演算ステップで求めたノズルの交換に要する時間に基づいてノズルの交換に要する時間が比較的短いノズル配置状態がノズル配置選択ステップで選択される。つまり、ノズル載置場のノズル配置状態が、ノズルの交換回数に基づいて決定されるわけではなく、ノズルの交換に要する時間に基づいて決定される。すなわち、ノズルの交換回数が多くノズルの交換に要する時間が短い場合と、ノズルの交換回数が少なくノズルの交換に要する時間が長い場合とがあれば、ノズル配置選択ステップでは、前者のノズル配置状態が選択される。したがって、部品吸着用のノズルの交換回数に係わらず、効率よく部品の実装作業を行うことができる。

本発明によれば、部品吸着用のノズルの交換回数に係わらず、効率よく部品の実装作業を行うことができる。

以下で、本実施の形態の部品実装装置および部品実装方法について、図面を用いて詳細に説明する。

（実施の形態１）
図１は、部品実装装置を概念的に説明するための平面図である。

実施の形態１の部品実装装置（以下、表面実装機という）は、図１および図２に示されるように、基台１と、基台１上の所定の位置にプリント基板Ｐを搬送する基板搬送手段２と、プリント基板Ｐに実装される電子部品を順次供給する部品供給部３と、部品供給部３で供給された電子部品を部品供給部３からプリント基板Ｐまで搬送する部品搬送手段４と、電子部品を吸着するための交換用の複数のノズルを保管するノズルステーション(ノズル載置場)５と、部品搬送手段４によって保持された電子部品の姿勢を認識する部品認識カメラ６と、装置全体を制御するコントローラ８とを備えている。

基板搬送手段２は、一対のコンベア２ａを含む。一対のコンベア２ａは、基台１上に基台１を横切るように設けられている。プリント基板Ｐは一対のコンベア２ａ上に、一対のコンベア２ａを跨ぐように載置される。そして、一対のコンベア２ａの同期した循環により、プリント基板Ｐは基台１上の所定の位置まで搬送される。以下では、プリント基板Ｐの搬送方向をＸ方向、Ｘ方向に直交する方向であって水平な方向をＹ方、Ｘ方向とＹ方向によって形成されるＸ−Ｙ平面に直交する方向をＺ方向として説明する。

部品供給部３は、部品搬送手段２の一対のコンベア２ａの外側に配置されている。部品供給部３は、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサなどの比較的小さな電子部品を供給するテープフィーダ部３ａと、ＱＦＰやＢＧＡなどの比較的大きな電子部品を供給するトレイフィーダ部３ｂとを含む。

テープフィーダ部３ａは、複数のテープフィーダ３ａ１を含む。各テープフィーダ３ａ１は、部品吸着ポイントをコンベア２ａの方へ向けた状態で基台１に備えられている。テープフィーダ３ａ１は、リールに巻き付けられたテープと、テープを長手方向に送出する繰り出し手段とを有する。テープには、長手方向に所定の間隔を空けて空間が形成されており、各空間内に小片状の電子部品が１つずつ収容されている。テープは、繰り出し手段によって間欠的に送出され、電子部品が部品吸着ポイントへ順次供給される。

トレイフィーダ部３ｂは、箱状のトレイ収納ボックス３ｂ２と、トレイ収納ボックス３ｂ２内で高さ方向に多段に収納された複数のトレイ３ｂ１と、トレイ３ｂ１を所定の高さに上げ下げする昇降手段（図示しない）と、トレイ３ｂ１が所定の高さにある状態でトレイ収納ボックスからコンベア２ａ側にトレイ３ｂ１を引き出す出し入れ装置（図示しない）とを備えている。大型の電子部品は、トレイ３ｂ１上の所定の位置に載置されており、トレイ３ｂ１がコンベア２ａ側に引き出された状態で、これらの電子部品がピックアップされる。

部品搬送手段４は、基台１上に固定されたＹ方向移動手段４１と、Ｙ方向に移動可能にＹ方向移動手段４１によって支持されたＸ方向移動手段４２と、Ｘ方向に移動可能にＸ方向移動手段４２によって支持されたヘッドユニット４３とを備えている。

すなわち、Ｙ方向移動手段４１のＹ軸サーボモータ４１ａが駆動すると、Ｙ軸サーボモータ４１ａの駆動力を受けてＹ方向移動手段４１のボールねじ４１ｂが回転を始める。Ｘ方向移動手段４２は、ボールねじ４１ｂにボールナットを介して取り付けられており、ボールナットのボールねじ４１ｂの長手方向への移動と共に固定レール４１ｃに沿ってＹ方向へ移動する。また、Ｘ方向移動手段４２のＸ軸サーボモータ４２ａが駆動すると、Ｘ軸サーボモータの駆動力を受けてＸ方向移動手段４２のボールねじ４２ｂが回転を始める。ヘッドユニット４３は、ボールねじ４２ｂにボールナットを介して取り付けられており、ボールナットのボールねじ４２ｂの長手方向への移動と共に固定レール４２ｃに沿ってＸ方向へ移動する。

図２は、図１の部品実装装置に備えられたヘッドユニット４３と、ヘッドユニット４３に備えられた吸着ヘッド４３ａを説明するための図である。

ヘッドユニット４３は、電子部品を吸着し、Ｚ方向に昇降させる複数の吸着ヘッド４３ａを備えている。本実施の形態では、ヘッドユニット４３に４本の吸着ヘッド４３ａがＸ方向に平行な列をなすように並べて配置されている。

各吸着ヘッド４３ａは、図示しない昇降機構によって、ヘッドユニット４３に対してＺ方向に昇降するように構成され、また、各吸着ヘッド４３ａは、図示しない回転機構によって、ヘッドユニット４３に対して自軸回りに回転するように構成されている。また、各吸着ヘッド４３ａには、先端に電子部品吸着用のノズル４３ｂが装着されている。さらに、各吸着ヘッド４３ａのノズル４３ｂは、各吸着ヘッド４３ａ等を介して、図示しない負圧供給手段に接続され、この負圧供給手段によってノズル４３ｂの先端に負圧を生じさせて、電子部品をノズル４３ｂの先端で吸着する。ノズル４３ｂには、大きさ、重さ、形状などが異なる複数の種類がある。吸着ヘッド４３ａの下端に装着されているノズル４３ｂは、搬送する電子部品の種類に応じて、ノズルステーション５に保管されている異なる種類のノズル４３ｂに交換される。たとえば、ＱＦＰ、ＢＧＡなどの大型の電子部品を吸着する場合には、大きなサイズのノズル４３ｂに交換され、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサなどの小型の電子部品を吸着する場合には、小さなサイズのノズル４３ｂに交換される。

ヘッドユニット４３は、１枚のプリント基板Ｐ上に実装されるべき全ての電子部品の実装が完了するまで、部品供給部３とプリント基板Ｐとの間を何度も往復する。そして、１回の往復ごとに、各吸着ヘッド４３ａに装着されるノズル４３ｂの種類が特定されている。図３は、各吸着ヘッドＩ〜ＩＶに装着されるノズル４３ｂの種類を、１往復ごとに説明するための図である。たとえば、本実施の形態のように４本の吸着ヘッドＩ、吸着ヘッドＩＩ、吸着ヘッドＩＩＩ、吸着ヘッドＩＶを用いて５回の往復で３種類Ａ、Ｂ、Ｃのノズル４３ｂを用いて、電子部品の実装が完了するプリント基板Ｐでは、図３に示されるように、１往復ごとに各ヘッドＩ〜ＩＶに装着されるノズル４３ｂの種類Ａ、Ｂ、Ｃが特定されている。

ノズル４３ｂの交換は、ヘッドユニット４３によって自動で行われる。ノズル４３ｂの交換時には、ヘッドユニット４３がノズルステーション５上に移動する。吸着ヘッド４３ａはノズルステーション５の所定の位置で下降し、ノズル４３ｂが取り外される。そして、取り外されたノズル４３ｂをノズルステーション５上に載置し、吸着ヘッド４３ａは上昇する。そして、ヘッドユニット４３は、ノズルステーション５上の装着予定のノズル４３ｂが載置されている位置まで水平移動する。吸着ヘッド４３ａは、装着予定のノズル４３ｂが載置されている位置で下降し、ノズル４３ｂを下端に装着する。

ノズルステーション５は、吸着ヘッド４３ａに装着される交換用のノズルを保管しておくための場所である。ノズルステーション５は、基台１上のヘッドユニット４３の可動範囲内に配設されている。ノズルステーション５には、複数の種類の多数のノズル４３ｂが保管されている。各ノズル４３ｂは、ノズルステーション５の上に、それぞれ直立した姿勢で、互いに所定の間隔を空けて保管されている。本実施の形態では、ヘッドユニット４３に備えられた複数の吸着ヘッド４３ａの間隔と、ノズルステーション５に載置されるノズル４３ｂの間隔とが一致している。これにより、４本の吸着ヘッド４３ａに一括で４つのノズル４３ｂを装着することもできる。

各ノズル４３ｂのノズルステーション５上での配置位置は、ノズル４３ｂの種類に応じて決定される。すなわち、各種ノズル４３ｂは、ノズルステーション５上に所定の配置になるように保管されている。

ここで、ノズル４３ｂの配置とは、ノズルステーション５上におけるノズル４３ｂの、品種に着眼した位置関係を意味している。

本実施の形態では、基板の生産計画が決まった時点で、基板の生産が始まる前に、予め、ノズル４３ｂの交換に要する時間を厳密にシミュレーションする。そして、本実施の形態では、シミュレーションにより算出されたノズルの交換に要する時間を含めた実装処理全体の所要時間が最も小さくなるような、ノズルステーション５でのノズル配置変化状態（ノズル配置状態）が予め定められる。すなわち、ノズル４３ｂの交換時のノズルステーション５上でのヘッドユニット４３の移動距離や、ノズル４３ｂの交換作業とノズル４３ｂの交換作業以外の準備作業とのタイミングなどを考慮して、実装処理全体の所要時間が最も短くなるようなノズル配置変化状態が定められる。

たとえば、１往復ごとの、各吸着ヘッドＩ〜ＩＶで使用されるノズル４３ｂの種類が、図３に示されるように特定されている場合であっても、ノズル４３ｂの交換タイミングによって、ノズルステーション５でのノズル配置変化状態は異なる。仮に、３往復目と４往復目の間で、吸着ヘッドＩＶのノズル４３ｂの種類をＡ種からＢ種に交換するとともに、吸着ヘッドＩのノズル４３ｂの種類をＢ種からＣ種に交換すると、ノズルステーション５のノズル４３ｂの配置は図４（ａ）〜図４（ｂ）に示されるように変化する。また、仮に、３往復目と４往復目の間で、吸着ヘッドＩＶのノズル４３ｂの種類をＡ種からＢ種に交換し、４往復目と５往復目の間で、吸着ヘッドＩのノズル４３ｂの種類をＢ種からＣ種に交換すると、ノズルステーション５のノズル４３ｂの配置は図５（ａ）〜図５（ｃ）に示されるように変化する。なお、図中、太線の丸で示している部分には、ノズル４３ｂが載置されていない。このように、ノズルステーション５の初期のノズル４３ｂの配置が同じであっても、ノズル４３ｂの交換のタイミングが異なれば、ノズル配置状態は異なる。さらに、ノズルステーション５の初期のノズル４３ｂの配置が異なれば、ノズルステーション５のノズル配置変化状態は異なる。シミュレーションでは、このような変化の過程が異なるノズルステーション５のノズル配置変化状態についてそれぞれ、ノズルの交換に要する時間を算出する。

部品認識カメラ６は、吸着ヘッド４３ａの下端に吸着された電子部品の吸着状態を撮影し、画像で認識する。ヘッドユニット４３は、部品供給部３からプリント基板Ｐ上に、部品認識カメラ６上を経由して移動する。部品認識カメラ６は、ヘッドユニット４３が部品認識カメラ６の上部に位置するときに、下方から、吸着ヘッド４３ａによって保持された電子部品を撮影する。

コントローラ８は、予め記憶されているプログラムに従って表面実装機の各部の駆動を制御する主制御手段８１、実装処理に必要な様々なデータを記憶する各種データ記憶手段８２および吸着ヘッド４３ａのノズル４３ｂの交換の段取りを決定するためのシミュレータ８３などを機能構成として含んでいる。コントローラ８は、論理演算を実行するＣＰＵ、ＣＰＵを制御する種々のプログラムなどを記憶するＲＯＭ、装置動作中に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭおよびＨＤＤなどから構成されている。

主制御手段８１は、表面実装機に備えられた基板搬送手段２、部品搬送手段４、部品供給部３などの駆動を制御することで、たとえば、プリント基板Ｐの搬入・搬出、プリント基板Ｐへの電子部品の実装処理、プリント基板Ｐの種類が変更される際に行われる段取り替えなどを統括的に行う。

各種データ記憶手段８２には、たとえば、プリント基板関連データ、ノズル関連データ、部品関連データ、その他の各種データが記憶されている。プリント基板関連データとしては、たとえば、プリント基板Ｐのどの位置にどの電子部品を実装するか、既に電子部品が実装されている場合にはその位置や電子部品の種類などの情報が挙げられる。ノズル関連データとしては、たとえば、ノズルの種類、ノズルの形状、ノズルステーション５に収納されるノズルの種類、収納位置、ノズルの配置間隔などの情報が挙げられる。部品関連データとしては、たとえば、電子部品の種類、電子部品の供給位置、各電子部品を吸着可能なノズルの種類などの情報が挙げられる。その他の各種データとしては、たとえば、プリント基板Ｐへの電子部品の効率的な搭載順序を定めた搭載順序データ、ノズルステーション５上でのヘッドユニット４３の移動速度データなどの情報が挙げられる。

シミュレータ８３は、ノズルステーション５における複数種類のノズル配置変化状態を複数通り割り出すためのノズル配置割り出し手段８３ａと、ノズル配置割り出し手段８３ａによって割り出された各ノズル配置変化状態について、吸着ヘッド４３ａに装着されるノズル４３ｂの交換に要する時間を算出するためのノズル交換時間演算手段８３ｂと、各ノズル配置変化状態についてノズル交換時間演算手段８３ｂによって算出された時間とノズルの交換以外の実装処理に要する時間とに基づいて実装処理全体の所要時間を算出する実装処理時間演算手段８３ｃと、実装処理時間演算手段によって算出された複数種類のノズル配置状態についての実装処理全体の所要時間を比較し、その中から実装処理全体の所要時間が短いノズル配置変化状態を選択するノズル配置選択手段８３ｄとを含む。

本実施の形態では、シミュレータ８３によって、ノズル４３ｂの交換に関する何通りものシミュレーションが行われ、この複数通りのシミュレーションの結果として得られた複数の実装処理全体の所要時間に基づいて、最も効率よく部品の実装処理が実行されるようなノズルステーション５におけるノズル配置変化状態が決定される。

この表面実装機の部品実装方法について、以下で、図６〜図８を用いて詳細に説明する。

まず、実装処理全体の流れについて図６を用いて説明する。図６は、１枚のプリント基板Ｐが表面実装機上に搬入され、プリント基板Ｐに電子部品が実装され、表面実装機上から搬出されるまでを説明するためのフローチャートである。

図６に示されるように、基台１上へプリント基板Ｐが搬入（ステップＳ１）されると、プリント基板Ｐの種類の確認が行われ、段取り替えが必要か否かが判定される（ステップＳ２）。

ステップＳ２で段取り替えが必要であると判定された場合には、段取り替えが行なわれる（ステップＳ２０）。この段取りの決定方法については後に詳しく説明する。

つぎに、ノズルステーション５のノズル４３ｂの配置の変更が行われ、ノズルステーション５のノズル４３ｂの配置が初期の状態に改められる（ステップＳ３）。このノズルステーション５におけるノズル４３ｂの配置の変更の作業は、ノズルステーション５上のノズル４３ｂの配置を変更するノズル配置変更手段をも兼ねたヘッドユニット４３が行う。これにより、ノズルステーション５におけるノズル４３ｂの配置の変更作業を自動的に確実に行うことができ、ノズル４３ｂの配置変更に要する時間を厳密に算出することができる。

ノズルステーション５の各種ノズル４３ｂの配置が初期状態に改められると、ヘッドユニット４３の吸着ヘッド４３ａに装着されているノズル４３ｂを交換するか否かが判定される（ステップＳ４）。ステップＳ４でノズル４３ｂの交換が必要であると判定された場合には、ノズル４３ｂの交換が行われる（ステップＳ５）。

ノズル４３ｂの交換が必要ない場合、または、ノズル４３ｂの交換が済んだ場合には、ヘッドユニット４３は部品供給部３へ移動し、電子部品をピックアップする（ステップＳ６）。電子部品を吸着したヘッドユニット４３は、部品供給部３から部品認識カメラ６の上方まで移動する。部品認識カメラ６は、電子部品の吸着状態を下方から撮像する（ステップＳ７）。ヘッドユニット４３は、部品認識カメラ６の位置からプリント基板Ｐ上の所定の位置に、電子部品を搬送し、装着する（ステップＳ８）。ステップＳ４からステップＳ８までの処理は、プリント基板Ｐ上にプリント基板Ｐへ実装されるべき電子部品がすべて実装されるまで繰り返される（ステップＳ９）。

プリント基板Ｐへの電子部品の実装が完了すると、基板搬送手段２が駆動され、プリント基板Ｐは基台１から搬出される（ステップＳ１０）。

ここで、ノズルステーション５におけるノズルの配置替えの段取りを決定するためのシミュレーションについて詳しく説明する。図７は、ノズル配置変化状態を決定するシミュレーションを説明するためのフローチャートである。

まず、シミュレータ８３は、各種データ記憶手段８２から基板関連データ、ノズル関連データ、部品関連データ、搭載順序データ、ヘッドユニット４３の移動速度データなどのデータを取得する（ステップＳＳ１）。

つぎに、ステップＳＳ１で取得した各種データに基づいてノズルステーション５上の初期のノズルの配置を基に、実装処理全体の所要時間を算出し、この時間を基準値とする（ステップＳＳ２）。

ステップＳＳ２で基準値が得られると、この基準値を現在値に代入する（ステップＳＳ３）。

つぎに、ループ回数が設定値と等しいか否かを判定する（ステップＳＳ４）。ループ回数が設定値と等しい場合にはシミュレーションを終了し、ループ回数が設定値と等しくない場合にはステップＳＳ５に進む。

ここで、ループ回数とは、後述のステップＳＳ５〜ステップＳＳ８またはステップＳＳ５〜ステップＳＳ１０を繰り返す回数を意味している。したがって、ループ回数が多ければ多いほど多様なノズル配置変化状態に関してシミュレーションを行なうことができる。本実施の形態では、ループ回数が予め設定した設定値と等しくなるまでシミュレーションを繰り返し行なう。たとえば、設定値を１００と予め設定している場合には、１００通りのノズル４３ｂの配置について、それぞれシミュレーションが行なわれる。

つぎに、ステップＳＳ４でループ回数が設定値と等しくないと判定された場合には、ノズル配置割り出し手段８３ａによって、ノズルステーション５の所定の位置に載置されているノズル４３ｂのうち、任意のノズル４３ｂがノズルステーション５上の他の格納位置に入れ替えられたノズル配置変化状態が想定される（ステップＳＳ５）。

このとき、ステップＳＳ５では、ノズルステーション５における初期のノズルの配置に加えて、特定のノズル４３ｂの交換タイミングについても考慮される。たとえば、図７のフローチャートにおいて、１回目のループでは、初期ノズル配置ａ１で、特定のノズル４３ｂの交換がタイミングｂ１で行われる場合についてシミュレーションを行い、２回目のループでは、初期ノズル配置ａ１で、特定のノズル４３ｂの交換がタイミングｂ２で行われる場合についてシミュレーションを行い、３回目のループでは、初期ノズル配置ａ１で、特定のノズル４３ｂの交換がタイミングｂ３で行われる場合についてシミュレーションを行なう。そして、初期ノズル配置ａ１で、ノズル交換タイミングをｂ１からｂ３まで変えたシミュレーションが終わると、つぎに、第２のノズル配置ａ２についてノズル交換タイミングをｂ１からｂ３まで変えたシミュレーションを行なう。

そして、ステップＳＳ５で想定されたノズル配置変化状態を基に、ノズル交換をシミュレーションする。具体的には、ノズル交換時間演算手段８３ｂによって、ノズルステーション５上のヘッドユニット４３の移動距離や、ヘッドユニット４３の移動速度等を考慮して、ノズルの交換に要する時間が算出される（ステップＳＳ６）。ノズル４３ｂの交換処理におけるノズルステーション５上のヘッドユニット４３の移動距離等が考慮されることで、ノズル４３ｂの交換に要する時間をより正確に算出することができる。とくに、ヘッドユニット４３の移動距離が考慮されることで、ノズル４３ｂの交換回数が比較的多くてもノズル４３ｂの交換時間が少ない状況を見つけ出すことができる。したがって、ヘッドユニット４３のノズルステーション５上での移動距離が長い場合における、ノズル交換作業の遅延に起因した実装作業の遅延を回避することができる。

ここで、ノズルの交換に要する時間とは、ノズルステーション５上でのヘッドユニット４３の移動時間、吸着ヘッド４３ａの下降時間、吸着ヘッド７１の上昇時間、ノズル４３ｂの取り外し時間、ノズル４３ｂの装着時間などの実質的なノズル交換時間を意味している。

つぎに、ステップＳＳ６でノズル４３ｂの交換に要する時間が算出されると、このノズルの交換に要する時間を考慮して実装処理全体の所要時間を算出し、この時間を候補値とする（ステップＳＳ７）。具体的には、実装処理時間演算手段８３ｃが、ステップＳＳ６で算出されたノズルの交換に要する時間に、ノズルの交換以外の処理に要する時間すなわち、ノズル交換以外の準備作業に要する時間（たとえば、トレイフィーダ部３ｂからの部品供給に要する部品準備時間など）、部品供給部３における部品吸着時間、部品認識カメラ６による部品認識時間、プリント基板Ｐへの部品装着時間およびノズルステーション５でのノズル４３ｂの配置変更時間を加算して実装処理全体の所要時間を算出する。

図８は、ノズル交換のタイミングと他の準備作業が重複した場合の１往復の実装処理に要する時間を説明するための図である。実装処理時間演算手段８３ｃは、図８に示されるように、実装処理全体における、ノズルの交換作業のタイミングとノズルの交換以外の準備作業のタイミングとを時系列的に把握している。

ステップＳＳ７において、図８に示されるように、ノズルの交換作業のタイミングがノズル交換以外の準備作業（たとえば、部品準備作業）のタイミングと重複する場合には、ノズル交換に要する時間のうちで上記準備作業と重複する時間を除いた時間と、上記準備作業に要する時間と、それ以外の実装処理に要する時間とを加えることにより、実装処理全体の所要時間が算出される。

たとえば、ヘッドユニット４３の１往復分の実装処理において、トレイフィーダ部３ｂからの部品供給などの部品準備処理と大型の電子部品吸着用の大きめのノズルのノズル交換処理とが重複して行われる場合について考える。図８の場合には、部品準備は０〜１０秒の間に行われ、ノズルの交換は０〜１５秒の間に部品準備と重複して行なわれる。この場合、ヘッドユニット４３のノズルステーション５からプリント基板Ｐの間の１往復分の実装処理に要する時間は、部品準備に要する時間が０〜１０の１０秒、ノズルの交換に要する正味の時間Ｔが１０〜１５の５秒、部品吸着に要する時間が１５〜３０の１５秒、部品認識に要する時間が３０〜４５の１５秒、部品装着に要する時間が４５〜６０の１５秒とされ、１往復の実装処理に要する時間は６０秒となる。すなわち、この場合のノズルの交換に要する正味の時間Ｔは、ノズル交換に要する時間とこのノズル交換に重複した部品準備の時間との差に相当している。したがって、それぞれの作業に要する時間を単に積算することなく、正味の時間で実装処理全体の所要時間を算出することができる。そして、実装処理全体の所要時間を算出する際には、各往復の実装処理に要する時間の総和に、ノズルステーション５でのノズル４３ｂの配置変更時間を加算して実装処理全体の所要時間を算出する。

なお、図９は、ノズル交換のタイミングと他の準備作業とのタイミングとが重複した場合の他の形態を説明するための図である。たとえば、図９に示されるように、ノズル交換のタイミングと他の準備作業とのタイミングとが重複した場合であって、ノズルの交換に要する時間がノズルの交換以外の部品準備に要する時間より短い場合には、ノズル交換に要する時間のうちでノズル交換以外の部品準備作業と重複する時間を除いた時間は０であるので、１往復の実装処理に要する時間は、ノズルの交換に要する時間が除かれて（つまり、ノズル交換以外の部品準備に要する時間と、部品吸着に要する時間と、部品認識に要する時間と、部品装着に要する時間との和として）算出される。

このようにして、ステップＳＳ７で実装処理全体の所要時間が算出されると、つぎに、ノズル配置選択手段８３ｄによって、算出された実装処理全体の所要時間のうち、最も短い時間となったノズル４３ｂの配置状態が選択される（ステップＳＳ８、ステップＳＳ９、ステップＳＳ１０）。具体的には、ステップＳＳ８で、現在値とステップＳＳ７で算出された候補値とを比較し、候補値が現在値より大きい場合（つまり、先のシミュレーションで算出された実装処理全体の所要時間（現在値）が、後のシミュレーションで算出された実装処理全体の所要時間（候補値）より短い場合）、現在値を更新することなくそのままステップＳＳ４に戻る。

一方、ステップＳＳ８で、現在値と候補値とを比較し、候補値が現在値より小さい場合（つまり、先のシミュレーションで算出された実装処理全体の所要時間（現在値）が、後のシミュレーションで算出された実装処理全体の所要時間（候補値）より長い場合)、ステップＳＳ９で候補値が現在値に代入されて、ステップＳＳ１０で現在値の更新が容認された後ステップＳＳ４に戻る。

このようにして、現在値と候補値という２つの数値の大小関係を判定し、現在値が逐一短くなるように更新されることで、最終的に、シミュレーションを行なった幾通りものパターンの中から最も短い時間である現在値が残存する。そして、最終的に残存した現在値が得られたノズル配置変化状態が選択される。したがって、最も効率よく、つまり短時間で実装処理全体が完了するようなノズルステーション５におけるノズル配置変化状態が選択される。

以上の実施の形態によれば、ノズル交換時間演算手段８３ｂにより求めたノズル４３ｂの交換に要する時間を用いて、実装処理全体の所要時間が算出される。そして、実装処理全体の所要時間が最も短い時間となるようなノズルステーション５におけるノズル配置変化状態がノズル配置選択手段８３ｄによって選択される。つまり、ノズルステーションのノズル配置変化状態が、ノズル４３ｂの交換回数に基づいて決定されるわけではなく、ノズル４３ｂの交換に要する時間を用いて算出された実装処理全体の所要時間に基づいて決定される。すなわち、ノズル４３ｂの交換回数が多くても実装処理全体の所要時間が短い場合と、ノズル４３ｂの交換回数が少なくても実装処理全体の所要時間が長い場合とがあれば、ノズル配置選択手段８３ｄは、前者のノズル配置変化状態が選択される。したがって、部品吸着用のノズル４３ｂの交換回数に係わらず、効率よく部品の実装作業を行うことができる。

なお、上記実施の形態では、ノズルステーション５のノズル４３ｂの配置の変更をヘッドユニット４３で自動的に行なう形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、シミュレーションにより選定されたノズル配置変化状態の初期ノズル配置をモニタに表示させて、その表示された初期ノズル配置を作業者が目視により確認しながら、ノズルステーション上のノズルの配置の変更を手作業で行なう形態であってもよい。この場合、ノズルの配置の変更に要する時間は、実装処理全体の所要時間に算入されないものとする。

また、上記実施の形態では、ノズルステーション５において、隣り合うノズル４３ｂの間隔を、ヘッドユニット４３の４本の吸着ヘッド４３ａの間隔と一致させることで、ノズルステーション５に載置されたノズル４３ｂのうち、最大４つのノズル４３ｂを４本の吸着ヘッド４３ａに一度に装着できるような形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、ノズルステーション５の隣り合うノズルの間隔と吸着ヘッドの間隔とを一致させず、各吸着ヘッド毎にノズルを装着させる形態であってもよい。

また、上記実施の形態では、１枚のプリント基板Ｐを生産する場合に、ノズル交換のシミュレーションを適用してノズル配置変化状態を決定した形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。たとえば、１００枚の同一種類のプリント基板Ｐを生産した後、連続してさらに１００枚の、プリント基板Ｐと異なる種類のプリント基板Ｐ’を生産する場合に、本発明のノズル交換のシミュレーションを適用して、２００枚のプリント基板Ｐ、Ｐ’を生産する際のノズル配置変化状態を決定してもよい。

また、上記実施の形態では、実装処理全体の所要時間を実装処理時間演算手段８３ｃによって算出し、実装処理全体の所要時間が最も短くなるようなノズルステーション５でのノズル配置変化状態を選択する形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。ノズル交換時間演算手段８３ｂによって算出されたノズルの交換に要する時間に基づいて、ノズルの交換に要する時間が最も短くなるようなノズルステーション５でのノズル配置変化状態を選択する形態であってもよい。この場合、シミュレーションにおいて、図７中のステップＳＳ７が省略される。

なお、上記実施の形態では、ノズルの交換に要する時間を含めた実装処理全体の所要時間が最も小さくなるようなノズル配置変化状態を選択する形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ノズルの交換に要する時間を含めた実装処理全体の所要時間が２番目に小さい、あるいは、３番目に小さいノズル配置変化状態を選択するような、比較的短いノズル配置変化状態を選択する形態であってもよい。

部品実装装置を説明するための概念図である。 図１の部品実装装置に備えられたヘッドユニットと、ヘッドユニットに備えられた吸着ヘッドを説明するための図である。 各吸着ヘッドに装着されるノズルの種類を、１往復ごとに説明するための図である。 （ａ）〜（ｂ）は、ノズルステーション上のノズル配置変化状態について説明するための図である。 （ａ）〜（ｃ）は、特定のノズルの交換が図４と異なるタイミングで行われた場合におけるノズルステーション上のノズル配置変化状態について説明するための図である。 １枚のプリント基板が部品実装装置上に搬入され、電子部品が実装され、部品実装装置上から搬出されるまでを説明するためのフローチャートである。 ノズル配置変化状態を決定するシミュレーションを説明するためのフローチャートである。 ノズル交換のタイミングと他の準備作業とのタイミングとが重複した場合の１往復の実装処理に要する時間を説明するための図である。 ノズル交換のタイミングと他の準備作業とのタイミングとが重複した場合の他の形態を説明するための図である。

符号の説明

５ ノズルステーション（ノズル載置場）
４３ ヘッドユニット
４３ａ 吸着ヘッド
４３ｂ ノズル
８３ａ ノズル配置割り出し手段
８３ｂ ノズル交換時間演算手段
８３ｃ 実装処理時間演算手段
８３ｄ ノズル配置選択手段
Ｐ プリント基板（Ｐ）

Claims (11)

1. 部品吸着用の吸着ヘッドが備えられた移動可能なヘッドユニットと、前記吸着ヘッドの先端に装着される、交換可能な複数種類のノズルが載置されるノズル載置場とを有し、前記ヘッドユニットによって部品が基板上の所定の位置に搬送され実装されるように構成された部品実装装置であって、
   前記ノズル載置場における複数種類のノズルの配置状態を複数通り割り出すノズル配置割り出し手段と、
   前記ノズル配置割り出し手段によって割り出された各ノズルの配置状態について、前記吸着ヘッドに装着されるノズルの交換に要する時間を算出するノズル交換時間演算手段と、
   前記各ノズルの配置状態について前記ノズル交換時間演算手段によって算出された時間とノズルの交換以外の実装処理に要する時間とに基づいて実装処理全体の所要時間を算出する実装処理時間演算手段と、
   前記実装処理時間演算手段によって算出された複数種類のノズル配置状態についての実装処理全体の所要時間を比較し、その中から実装処理全体の所要時間が短いノズル配置状態を選択するノズル配置選択手段とを含む部品実装装置。
2. 前記ノズル交換時間演算手段は、前記ノズルを交換する際の前記ノズル載置場での前記吸着ヘッドの少なくとも移動距離を考慮して前記ノズルの交換に要する時間を算出する請求項１記載の部品実装装置。
3. 前記ノズル交換時間演算手段は、前記ノズル載置場に載置される複数種類のノズルのうち特定のノズルを前記吸着ヘッドに装着するタイミングが異なる複数通りの、前記ノズルの交換に要する時間を算出する請求項１または２記載の部品実装装置。
4. ノズル交換とノズル交換以外の準備作業とが時間的に重複する場合に、
   前記実装処理時間演算手段は、ノズル交換に要する時間のうちで前記準備作業と重複する時間を除いた時間と、前記準備作業に要する時間と、それ以外の実装処理に要する時間とを加えることにより、前記実装処理全体の所要時間を算出する請求項３記載の部品実装装置。
5. 部品吸着用の吸着ヘッドが備えられた移動可能なヘッドユニットと、前記吸着ヘッドの先端に装着される、交換可能な複数種類のノズルが載置されるノズル載置場とを有し、前記ヘッドユニットによって部品が基板上の所定の位置に搬送され実装されるように構成された部品実装装置であって、
   前記ノズル載置場における複数種類のノズルの配置状態を複数通り割り出すノズル配置割り出し手段と、
   前記ノズル配置割り出し手段によって割り出された各ノズルの配置状態について、前記吸着ヘッドに装着されるノズルの交換に要する時間を算出するノズル交換時間演算手段と、
   前記各ノズルの配置状態について前記ノズル交換時間演算手段により求めたノズルの交換に要する時間を比較し、その中からノズルの交換に要する時間が短いノズル配置状態を選択するノズル配置選択手段とを含む部品実装装置。
6. 前記ノズル交換時間演算手段は、前記ノズルを交換する際の前記ノズル載置場での前記吸着ヘッドの少なくとも移動距離を考慮して前記ノズルの交換に要する時間を算出する請求項５記載の部品実装装置。
7. 前記ノズル交換時間演算手段は、前記ノズル載置場に載置される複数種類のノズルのうち特定のノズルを前記吸着ヘッドに装着するタイミングが異なる複数通りの、前記ノズルの交換に要する時間を算出する請求項５または６記載の部品実装装置。
8. 前記基板が変更される場合に前記ノズル載置場に配置される前記ノズルの配置を変更するノズル配置変更手段が備えられている請求項１〜７のいずれか１項に記載の部品実装装置。
9. 前記ヘッドユニットが、前記ノズル配置変更手段を兼ねている請求項８記載の部品実装装置。
10. 部品吸着用の吸着ヘッドが備えられた移動可能なヘッドユニットと、前記吸着ヘッドの先端に装着される、交換可能な複数種類のノズルが載置されるノズル載置場とを有し、前記ヘッドユニットによって部品が基板上の所定の位置に搬送され実装されるように構成された部品実装装置の部品実装方法であって、
    前記ノズル載置場における複数種類のノズルの配置状態を複数通り割り出すノズル配置割出ステップと、
    前記ノズル配置割出ステップで割り出された各ノズルの配置状態について、前記吸着ヘッドに装着されるノズルの交換に要する時間を算出するノズル交換時間演算ステップと、
    前記ノズル交換時間演算ステップで算出された時間とノズル交換以外の実装処理に要する時間とに基づいて実装処理全体の所要時間を算出する実装処理時間演算ステップと、
    前記実装処理時間演算ステップで算出された複数種類のノズル配置状態についての実装処理全体の所要時間を比較し、その中から実装処理全体の所要時間が短いノズル配置状態を選択するノズル配置選択ステップとを含む部品実装方法。
11. 部品吸着用の吸着ヘッドが備えられた移動可能なヘッドユニットと、前記吸着ヘッドの先端に装着される、交換可能な複数種類のノズルが載置されるノズル載置場とを有し、前記ヘッドユニットによって部品が基板上の所定の位置に搬送され実装されるように構成された部品実装装置の部品実装方法であって、
    前記ノズル載置場における複数種類のノズルの配置状態を複数通り割り出すノズル配置割出ステップと、
    前記ノズル配置割出ステップで割り出された各ノズルの配置状態について、前記吸着ヘッドに装着されるノズルの交換に要する時間を算出するノズル交換時間演算ステップと、
    前記ノズル交換時間演算ステップで算出された時間を比較し、その中からノズルの交換に要する時間が短いノズル配置状態を選択するノズル配置選択ステップとを含む部品実装方法。

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