JP6679629B2

JP6679629B2 - 生産ラインの安全システム

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Publication number: JP6679629B2
Application number: JP2017567870A
Authority: JP
Inventors: 瑞穂山本
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Priority date: 2016-02-17
Filing date: 2016-02-17
Publication date: 2020-04-15
Anticipated expiration: 2036-02-17
Also published as: CN108602165B; US10945361B2; EP3417991B1; US20190045682A1; EP3417991A1; CN108602165A; JPWO2017141365A1; WO2017141365A1; EP3417991A4

Description

本発明は、一列に配置された複数台の生産装置の配列に沿って作業装置が移動する生産ラインの安全システムに関する発明である。

例えば、回路基板に部品を実装して部品実装基板を生産する部品実装基板生産ラインにおいては、特許文献１（国際公開ＷＯ２０１４／０１００８３号公報）に記載されているように、回路基板の搬送経路に沿って複数台の部品実装機を一列に配列して部品実装基板生産ラインを構成すると共に、これら複数台の部品実装機の前面側に沿って設けられた移動レーンに自動交換装置（交換ロボット）を移動可能に設置し、この自動交換装置を生産ジョブ（生産プログラム）等で指示された部品実装機の前面へ移動させて、当該部品実装機のフィーダセット部へのフィーダのセットや取り外しを行うようにしたものがある。このものでは、自動交換装置への電源供給は、部品実装機側からのワイヤレス給電（非接触電力伝送）により行われるようになっている。

国際公開ＷＯ２０１４／０１００８３号公報

ところで、部品実装基板生産ラインの稼働中には、各部品実装機のフィーダセット部へのフィーダのセットや取り外しを行うために、自動交換装置が複数台の部品実装機の前面側の移動レーンを移動するため、作業者や物が自動交換装置の移動エリア内に侵入すると、自動交換装置と衝突するおそれがある。一般に、部品実装基板生産ラインには、非常停止スイッチが設けられ、作業者が何らかの危険性を感じたときに非常停止スイッチを操作することで、部品実装基板生産ライン側から自動交換装置へ非常停止信号を送信して（安全信号の送信を停止して）、自動交換装置を非常停止させるようにしている。

この場合、ワイヤレス給電する部品実装機と自動交換装置との間の通信は、無線通信で行われるため、部品実装基板生産ライン側から自動交換装置への安全信号の送信も無線通信で行われる。一般には、部品実装基板生産ラインの稼働中は、部品実装基板生産ライン側から自動交換装置へ安全信号を所定周期で送信し、自動交換装置は、安全信号を受信することで安全を確認しながら移動し、作業者が非常停止スイッチを操作したときに、自動交換装置への安全信号の送信が停止されて自動交換装置が非常停止するようになっている。このようなシステムでは、瞬時停電やノイズ等により瞬間的に自動交換装置が安全信号を受信できなかったときに、直ちに「非常停止」と誤判定することを防止するために、安全信号を所定回連続で受信できなかったときに「非常停止」と判定するようにしたものがある。

しかし、この構成では、自動交換装置は、安全信号を所定回連続で受信できなくなるまで「非常停止」と判断しないため、実際に危険な状態が発生したときに、「非常停止」と判断するまでに若干の時間遅れが生じてしまい、自動交換装置を非常停止させるタイミングが若干遅れてしまう。また、無線通信は、国毎に使用申請して認可される必要があるため、認可されるまでに、それなりの期間と費用を要してしまう。

以上説明した課題は、部品実装基板生産ラインに限らず、ワイヤレス給電を採用する様々な生産ラインに共通する課題である。

上記課題を解決するために、本発明は、一列に配置された複数台の生産装置の配列に沿って作業装置が移動する生産ラインの安全システムにおいて、前記複数台の生産装置の各々は、ワイヤレス給電する送電部を備え、前記作業装置は、前記複数台の生産装置のうちの前記作業装置が対向する生産装置の前記ワイヤレス給電の送電部からワイヤレス給電される電力を受電する受電部と、前記作業装置の周辺の監視エリア内に人や物が侵入したか否かを監視する監視部と、前記作業装置を移動させる駆動部と、前記監視部及び前記駆動部の動作を制御する制御部と、前記受電部で受電した電力を電源として前記監視部、前記制御部及び前記駆動部を動作させる電源回路部と、前記監視部が前記監視エリア内への人や物の侵入を検出したときに前記駆動部への電源供給を遮断し且つ前記監視部及び前記制御部への電源供給を維持する安全回路部とを備えた構成としたものである。

この構成では、生産ラインを構成する複数台の生産装置の配列に沿って作業装置が移動するときに、作業装置の周辺の監視エリア内に人や物が侵入したか否かを監視部が監視し、この監視部が監視エリア内への人や物の侵入を検出したときに作業装置の駆動部への電源供給を遮断して、作業装置を非常停止させる。これにより、作業装置の周辺の監視エリア内に侵入した人や物に作業装置が衝突することを回避でき、安全性を向上できる。しかも、作業装置が非常停止している期間中でも、作業装置の安全回路部は監視部及び制御部への電源供給を維持するため、作業装置の非常停止中も監視エリア内への人や物の侵入を監視できると共に、作業装置の制御部は処理を継続することができ、監視エリア内に侵入した人や物が当該監視エリアから出ていったときに、速やかに作業装置の移動を再開することができる。

この場合、作業装置の移動の再開は、作業者が手動操作で行っても良いが、監視部が前記監視エリア内に侵入した人や物が当該監視エリアから出ていったことを検出したときに、作業装置の安全回路部が駆動部への電源供給を再開するようにしても良い。これにより、監視部が監視エリアから人や物が出ていったことを検出したときに自動的に作業装置の移動を再開することが可能となり、非常停止時間を最小限に抑えることができる。

更に、本発明は、生産ラインに、人が操作可能な非常停止スイッチと、この非常停止スイッチが非常停止操作されたときに生産装置の送電部のワイヤレス給電をオフする非常停止回路部とを設けた構成とすると良い。このようにすれば、人が非常停止スイッチを非常停止操作したときに、直ちに生産装置の送電部のワイヤレス給電がオフされて作業装置への電源供給が遮断されるため、直ちに作業装置を非常停止させることができる。この場合、非常停止スイッチと各生産装置の送電部との間は有線接続できるため、前述した無線通信による非常停止時の時間遅れの問題や国毎の許認可の問題も生じない。

本発明は、複数台の生産装置の配列に沿って作業装置が移動する生産ラインであれば、どの様な生産ラインでも適用可能であり、例えば、複数台の生産装置の中に部品実装機を含む部品実装基板生産ラインに適用し、部品実装機のフィーダセット部にセットする部品供給用のフィーダを自動交換する自動交換装置を前記作業装置としても良い。これにより、自動交換装置付きの部品実装基板生産ラインの安全性を向上できる。

図１は本発明の一実施例における部品実装基板生産ライン全体の構成を示す斜視図である。図２は自動交換装置周辺の監視エリアとワイヤレス給電を説明するための部品実装基板生産ラインの平面図である。図３は自動交換装置と部品実装機の構成を概略的に示す斜視図である。図４はカセット式のフィーダを示す斜視図である。図５は自動交換装置付きの部品実装基板生産ラインの制御系の構成を概略的に示すブロック図である。図６は自動交換装置を移動させる駆動装置とその周辺部分の構成を示す斜視図である。図７は自動交換装置を移動させる駆動装置とその周辺部分の構成を示す側面図である。

以下、本発明を実施するための形態を部品実装基板生産ラインに適用して具体化した一実施例を説明する。

まず、図１乃至図５に基づいて部品実装基板生産ライン１０の構成を説明する。
部品実装基板生産ライン１０（生産ライン）は、回路基板１１の搬送方向（Ｘ方向）に沿って複数台の部品実装機１２（生産装置）を配列して構成され、該部品実装基板生産ライン１０の基板搬入側には、回路基板１１に半田を印刷する半田印刷機（図示せず）やカセット式のフィーダ１４を保管するフィーダ保管装置１９（生産装置）等が設置されている。

図３に示すように、各部品実装機１２には、回路基板１１を搬送する２本のコンベア１３と、カセット式のフィーダ１４から供給される部品を吸着して回路基板１１に実装する吸着ノズル（図示せず）を保持する実装ヘッド１５と、この実装ヘッド１５をＸＹ方向（左右前後方向）に移動させるヘッド移動装置１６と、吸着ノズルに吸着した部品をその下面側から撮像する部品撮像用カメラ１７（図５参照）等が設けられている。ヘッド移動装置１６には、回路基板１１の基準マーク（図示せず）を撮像するマーク撮像用カメラ１８（図５参照）が実装ヘッド１５と一体的にＸＹ方向に移動するように取り付けられている。

その他、図５に示すように、部品実装機１２の制御装置２０には、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力装置２１と、制御用の各種プログラムや各種データ等を記憶するハードディスク、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の記憶装置２２（記憶手段）と、液晶ディスプレイ、ＣＲＴ等の表示装置２３等が接続されている。各部品実装機１２の制御装置２０は、部品実装基板生産ライン１０全体の生産を管理する生産管理コンピュータ７０とネットワークで接続され、該生産管理コンピュータ７０によって部品実装基板生産ライン１０の生産が管理される。

部品実装基板生産ライン１０の各部品実装機１２は、上流側の部品実装機１２から搬送されてくる回路基板１１をコンベア１３によって所定位置まで搬送してクランプ機構（図示せず）で該回路基板１１をクランプして位置決めして、該回路基板１１の基準マークをマーク撮像用カメラ１８で撮像して該基準マークの位置（該回路基板１１の基準位置）を認識すると共に、カセット式のフィーダ１４から供給される部品を、実装ヘッド１５の吸着ノズルで吸着して、その吸着位置から撮像位置へ移動させて、該部品をその下面側から部品撮像用カメラ１７で撮像して該部品の吸着位置ずれ量等を判定した後、その吸着位置ずれ量を補正して該部品をコンベア１３上の回路基板１１に実装して部品実装基板を生産する。

次に、図４を用いてカセット式のフィーダ１４の構成を説明する。
カセット式のフィーダ１４のカセットケース３２は、透明又は不透明のプラスチック板又は金属板等により形成され、その側面部（カバー）が開閉可能となっている。カセットケース３２内には、部品供給テープ３３が巻回されたテープリール３４を着脱可能（交換可能）に装填するテープ装填部３５が設けられている。テープ装填部３５の中心には、テープリール３４を回転可能に保持するリール保持軸３６が設けられている。

カセットケース３２内には、テープリール３４から引き出した部品供給テープ３３を部品吸着位置へ送るテープ送り機構３８と、部品吸着位置の手前で部品供給テープ３３からトップフィルム４０（カバーテープとも呼ばれる）を剥離して該部品供給テープ３３内の部品を露出させるトップフィルム剥離機構３９とが設けられている。

テープ送り機構３８は、部品吸着位置の下方付近に設けられたスプロケット４２と、このスプロケット４２を回転駆動するモータ４３等から構成され、部品供給テープ３３の片方の側縁に所定ピッチで形成されたテープ送り穴にスプロケット４２の歯を噛み合わせて該スプロケット４２を回転させることで、部品供給テープ３３を部品吸着位置へピッチ送りするようになっている。

トップフィルム剥離機構３９は、部品吸着位置の手前で部品供給テープ３３を押さえて該部品供給テープ３３の上面からトップフィルム４０を剥離するためのテープ押え４５と、該テープ押え４５で剥離したトップフィルム４０をテープ送り方向とは逆方向に引っ張ってカセットケース３２の上部に設けられたトップフィルム回収部４６内へ送り込むトップフィルム送りギア機構４７と、該トップフィルム送りギア機構４７を駆動するモータ４８等から構成されている。

カセットケース３２のうちのテープ送り方向側の端縁部には、部品吸着位置を通過して部品が取り出された廃棄テープ３３ａ（本実施例ではトップフィルム４０が剥離されたキャリアテープのみ）を下方に案内して排出する廃棄テープ排出通路５０が下方に延びるように設けられ、該廃棄テープ排出通路５０の出口５０ａがカセットケース３２のテープ送り方向側の端面の中央より下側の位置に設けられている。

カセットケース３２内には、テープ送り機構３８のモータ４３やトップフィルム剥離機構３９のモータ４８を制御する制御装置５２が設けられている。その他、図示はしないが、カセットケース３２には、部品実装機１２側の通信・電源用のコネクタと接続される通信・電源用のコネクタが設けられている。

図１に示すように、部品実装基板生産ライン１０の前面側には、各部品実装機１２のフィーダセット部２４へのカセット式のフィーダ１４のセット及び取り外しを行う自動交換装置２６（作業装置）が設置されている。各部品実装機１２のフィーダセット部２４の下方に、当該フィーダセット部２４にセットする複数のフィーダ１４を収納するストック部７１が設けられている。自動交換装置２６は、複数の部品実装機１２のフィーダセット部２４から交換対象のフィーダ１４を取り出してストック部７１に回収すると共に、ストック部７１から生産ジョブ（生産プログラム）で指定されたフィーダ１４を取り出して前記複数の部品実装機１２のフィーダセット部２４にセットするようにしている。

部品実装基板生産ライン１０の前面側には、部品実装機１２の配列に沿って自動交換装置２６を左右方向（Ｘ方向）に移動させるガイドレール７４が部品実装基板生産ライン１０全体にＸ方向に延びるように設けられている。ガイドレール７４の基板搬入側は、フィーダ保管装置１９まで延長され、自動交換装置２６がフィーダ保管装置１９の前面側へ移動して、自動交換装置２６がフィーダ保管装置１９から生産ジョブで指定されたフィーダ１４を取り出したり、使用済みのフィーダ１４をフィーダ保管装置１９内に戻すようにしている。

図６に示すように、自動交換装置２６の背面側には、自動交換装置２６のＹ方向（Ｘ方向と直交する方向）の動きを規制する複数のＹ方向規制用のガイドローラ５４と、自動交換装置２６のＺ方向（上下方向）の動きを規制する複数のＺ方向規制用のガイドローラ５５とが互い違いに回転自在に設けられ、Ｙ方向規制用のガイドローラ５４がガイドレール７４の側壁に沿って転動し、Ｚ方向規制用のガイドローラ５５がガイドレール７４の平面に沿って転動することで、自動交換装置２６の移動方向がＸ方向のみにガイドされるようになっている。

部品実装基板生産ライン１０の前面側のスペースは、自動交換装置２６がＸ方向に移動する移動レーンとなっており、部品実装基板生産ライン１０の前面側のガイドレール７４には、移動レール７５がＸ方向に延びるように設けられている。これに対し、図６及び図７に示すように、自動交換装置２６には、ゴム等の弾性材料で形成された駆動輪７６をベルト伝達機構７７を介して回転駆動するモータ７８（駆動部）が設けられ、この駆動輪７６が移動レール７５に沿って転動することで、自動交換装置２６がＸ方向に駆動されるようになっている。

図２に示すように、各部品実装機１２とフィーダ保管装置１９の前面側には、ワイヤレス給電する送電部８１が設けられ、自動交換装置２６には、該自動交換装置２６が対向する部品実装機１２の送電部８１又はフィーダ保管装置１９の送電部８１からワイヤレス給電される電力を受電する受電部８２が設けられている。ワイヤレス給電の送電部８１と受電部８２は、部品実装機１２と自動交換装置２６との間で各種制御信号やデータ信号等を通信する可視光通信ユニットとしても機能するように構成されている。

更に、自動交換装置２６には、該自動交換装置２６の周辺の監視エリア８３内に人や物が侵入したか否かを監視する監視部８４が設けられている。この監視部８４は、例えばセーフティレーザスキャナを用いて構成されている。監視エリア８３は、このエリア内に人や物が侵入したときに、それらと自動交換装置２６との衝突を回避するために自動交換装置２６を非常停止させるエリアである。尚、監視エリア８３の広さは、ユーザー側で任意に変更可能となっている。

図５に示すように、自動交換装置２６は、受電部８２で受電した電力を電源として監視部８４、制御部８５及びモータ７８を動作させる電源回路部８６と、監視部８４が監視エリア８３内への人や物の侵入を検出したときにリレースイッチ８８をオフしてモータ７８への電源供給を遮断する安全回路部８７とを備えた構成となっている。この構成により、監視部８４が監視エリア８３内への人や物の侵入を検出したときに安全回路部８７が自動交換装置２６のリレースイッチ８８をオフしてモータ７８への電源供給を遮断して自動交換装置２６を非常停止させるが、自動交換装置２６が非常停止している期間中でも、監視部８４及び制御部８５への電源供給を維持して、自動交換装置２６の非常停止中も監視部８４は監視エリア８３内への人や物の侵入を監視すると共に、制御部８５は処理を継続し、監視エリア８３内に侵入した人や物が当該監視エリア８３から出ていったことを検出したときに、自動交換装置２６の安全回路部８７がリレースイッチ８８をオンしてモータ７８への電源供給を再開して、自動交換装置２６の移動を再開するようになっている。

一方、図２に示すように、部品実装基板生産ライン１０には、人が操作可能な位置に非常停止スイッチ９１が設けられていると共に、この非常停止スイッチ９１が非常停止操作されたときにリレースイッチ９３をオフして送電部８１のワイヤレス給電をオフする非常停止回路部９２が設けられている。この構成により、作業者が非常停止スイッチ９１を非常停止操作すると、非常停止回路部９２がリレースイッチ９３をオフして送電部８１のワイヤレス給電をオフして、自動交換装置２６への電源供給が遮断されて自動交換装置２６が非常停止するようになっている。

以上説明した本実施例によれば、部品実装基板生産ライン１０を構成する複数台の部品実装機１２の配列に沿って自動交換装置２６が移動するときに、その自動交換装置２６の周辺の監視エリア８３内に人や物が侵入したか否かを監視部８４が監視し、この監視部８４が監視エリア８３内への人や物の侵入を検出したときに、自動交換装置２６の安全回路部８７によりモータ７８への電源供給を遮断して、自動交換装置２６を非常停止させるようにしたので、自動交換装置２６の周辺の監視エリア８３内に侵入した人や物に自動交換装置２６が衝突することを回避でき、安全性を向上できる。しかも、自動交換装置２６が非常停止している期間中でも、自動交換装置２６の安全回路部８７は監視部８４及び制御部８５への電源供給を維持するため、自動交換装置２６の非常停止中も監視エリア８３内への人や物の侵入を監視できると共に、自動交換装置２６の制御部８５は処理を継続することができる。これにより、監視エリア８３内に侵入した人や物が当該監視エリア８３から出ていったことを検出したときに、自動的に自動交換装置２６の移動を再開することが可能となり、非常停止時間を最小限に抑えることができる。

但し、本発明は、自動交換装置２６の移動の再開を、作業者が手動操作で行うようにしても良い。

更に、本実施例では、部品実装基板生産ライン１０に、人が操作可能な非常停止スイッチ９１と、この非常停止スイッチ９１が非常停止操作されたときに部品実装機１２の送電部８１のワイヤレス給電をオフする非常停止回路部９２とを設けているため、人が非常停止スイッチ９１を非常停止操作したときに、直ちに自動交換装置２６への電源供給を遮断して自動交換装置２６を非常停止させることができる。この場合、非常停止スイッチ９１と各部品実装機１２の送電部８１との間は有線接続できるため、前述した無線通信による非常停止時の時間遅れの問題や国毎の許認可の問題も生じない。

尚、本発明は、上記実施例に限定されず、例えば、自動交換装置２６にも非常停止スイッチを設けて、人がこの非常停止スイッチを非常停止操作したときに自動交換装置２６を非常停止させるようにしたり、１本の部品実装基板生産ラインに複数台の自動交換装置を配置した構成としても良い。

その他、本発明は、自動交換装置２６の安全回路部８７の構成を変更したり、部品実装基板生産ライン１０の非常停止回路部９２の構成を変更しても良く、また、部品実装機１２の構成や自動交換装置２６の構成を適宜変更したり、フィーダ１４の構成を適宜変更しても良い。

また、本発明を適用可能な生産ラインは部品実装基板生産ラインに限定されず、複数台の生産装置の配列に沿って作業装置が移動する生産ラインであれば、どの様な生産ラインでも適用可能である等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１０…部品実装基板生産ライン（生産ライン）、１１…回路基板、１２…部品実装機（生産装置）、１３…コンベア、１４…カセット式のフィーダ、１５…実装ヘッド、１６…ヘッド移動装置、２０…部品実装機の制御装置、２６…自動交換装置（作業装置）、５４…Ｙ方向規制用のガイドローラ、５５…Ｚ方向規制用のガイドローラ、７０…生産管理コンピュータ、７１…ストック部、７４…ガイドレール、７５…移動レール、７６…駆動輪、７７…ベルト伝達機構、７８…モータ（駆動部）、８１…送電部、８２…受電部、８３…監視エリア、８４…監視部、８５…自動交換装置の制御部、８６…電源回路部、８７…安全回路部、８８…リレースイッチ、９１…非常停止スイッチ、９２…非常停止回路部、９３…リレースイッチ

Claims

一列に配置された複数台の生産装置の配列に沿って作業装置が移動する生産ラインの安全システムにおいて、
前記複数台の生産装置の各々は、ワイヤレス給電する送電部を備え、
前記作業装置は、前記複数台の生産装置のうちの前記作業装置が対向する生産装置の前記ワイヤレス給電の送電部からワイヤレス給電される電力を受電する受電部と、前記作業装置の周辺の監視エリア内に人や物が侵入したか否かを監視する監視部と、前記作業装置を移動させる駆動部と、前記監視部及び前記駆動部の動作を制御する制御部と、前記受電部で受電した電力を電源として前記監視部、前記制御部及び前記駆動部を動作させる電源回路部と、前記監視部が前記監視エリア内への人や物の侵入を検出したときに前記駆動部への電源供給を遮断し且つ前記監視部及び前記制御部への電源供給を維持する安全回路部とを備えていることを特徴とする生産ラインの安全システム。
前記安全回路部は、前記監視部が前記監視エリア内に侵入した人や物が当該監視エリアから出ていったことを検出したときに、前記駆動部への電源供給を再開することを特徴とする請求項１に記載の生産ラインの安全システム。
前記生産ラインには、人が操作可能な非常停止スイッチと、前記非常停止スイッチが非常停止操作されたときに前記生産装置の送電部のワイヤレス給電をオフする非常停止回路部とが設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の生産ラインの安全システム。
前記生産ラインは、前記複数台の生産装置の中に部品実装機を含む部品実装基板生産ラインであり、
前記作業装置は、前記部品実装機のフィーダセット部にセットする部品供給用のフィーダを自動交換する自動交換装置であ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生産ラインの安全システム。