JP7633184B2 - 部品供給ユニットの入出庫システム - Google Patents

Description

本明細書は、部品供給ユニットの倉庫からの出庫を伴う段取り作業に対応する入出庫システムに関する。

プリント配線が施された基板に対基板作業を実施して、基板製品を量産する技術が普及している。さらに、対基板作業を実施する複数種類の対基板作業機を並べて設け、対基板作業ラインを構成することが一般的になっている。対基板作業機のうち部品装着機は、複数の部品を収容する部品収容器が装填された部品供給ユニットを使用する。部品供給ユニットに部品収容器を装填する装填作業、換言すると、部品供給ユニットの使用準備を整える段取り作業は、多くの場合に、稼働中の部品装着機から離れた段取りエリアで実施される（外段取り）。そして、段取りされた部品供給ユニットは、部品装着機に搬送されて装備される（内段取り）。

上記した装填作業および部品装着機への装備作業は、従来、人手に頼って実施されており、多くの手間が必要であった。さらに、生産計画を確実に達成するために装填作業が前倒しで実施されることで、他の用途に転用できない仕掛りの部品供給ユニットが増加する。このため、管理が煩雑となり、さらに一層の手間が掛かっていた。近年では、省力化を目的として、装填作業の少なくとも一部を自動化した収容器ローダが実用化されている。装填作業および装備作業の自動化に関する一技術例が、特許文献１に開示されている。

特許文献１の第二実施形態には、リール（部品収容器の一例）を保管する保管庫、フィーダ（部品供給ユニットの一例）を保管する保管庫、リールセット装置、搬送装置、および管理部を備える構成が記載されている。リールセット装置は、フィーダにリールをセットする段取り作業を行う。搬送装置は、段取りされたフィーダを部品装着機まで搬送する。管理部は、リールおよびフィーダの出庫や段取り作業、搬送動作等を制御して、部品装着機の生産を管理する。これによれば、リールおよびフィーダの組み合わせおよび所在を容易に把握することができ、これらの管理が容易である、とされている。

国際公開第２０１９／１４２３３６号

ところで、特許文献１のリールセット装置において、装填作業が自動化される点は好ましい。しかしながら、この装填作業は、一つずつ順番に行われるため、必ずしも効率的でなかった。

本明細書では、部品供給ユニットの倉庫からの出庫を伴う段取り作業を効率化した部品供給ユニットの入出庫システムを提供することを解決すべき課題とする。

本明細書は、複数の部品を部品装着機に供給するときに使用される部品供給ユニットを複数収納するユニット収納器と、前記ユニット収納器を保持する収納器保持台と、前記ユニット収納器が収納するよりも多数の前記部品供給ユニットを保管するユニット倉庫と、前記ユニット収納器と前記ユニット倉庫の間で前記部品供給ユニットを受け渡す入出庫ロボットと、を備えた部品供給ユニットの入出庫システムを開示する。

本明細書で開示する部品供給ユニットの入出庫システムにおいて、入出庫ロボットは、複数の部品供給ユニットをユニット倉庫から出庫してユニット収納器に収納する作業を自動で行う。そして、ユニット収納器に収納された複数の部品供給ユニットは、後続の段取り作業にまとめて利用され、または、まとめて部品装着機に装備される。したがって、部品供給ユニットを一つずつ段取りしてゆく従来技術と比較して、段取り作業を効率化することができる。

第１実施形態の部品供給ユニットの入出庫システムの構成を模式的に示す斜視図である。 第１実施形態の部品供給ユニットの入出庫システムの構成を模式的に示す正面図である。 第１実施形態における制御の構成を示す機能ブロック図である。 第１実施形態における入出庫制御部の制御動作を説明する動作フローの図である。 第２実施形態の部品供給ユニットの入出庫システムを模式的に示す平面図である。

１．第１実施形態の部品供給ユニットの入出庫システム１の構成
第１実施形態の部品供給ユニットの入出庫システム１の構成について、図１および図２の構成図、ならびに図３の機能ブロック図を参考にして説明する。入出庫システム１は、部品供給ユニット９２に部品収容器９１を装填する装填作業およびその前後の関連作業に対応する。入出庫システム１は、ユニット倉庫２、収納器保持台３、ユニット収納器（４１、４４）、および入出庫ロボット５などで構成される。

部品収容器９１は、複数の部品を収容しつつ、部品供給ユニット９２に装填される。部品供給ユニット９２は、部品装着機９８が実施する装着作業において、部品収容器９１に収容された部品を供給するときに使用される。部品収容器９１および部品供給ユニット９２には、それぞれの種別や個体を表す識別コードが貼り付けられている。部品収容器９１の識別コードには、部品収容器９１に収容されている部品の種類を表す情報が含まれる。識別コードには、バーコードや二次元コードなどが用いられる。部品収容器９１を部品供給ユニット９２に装填するときに、両者の識別コードは、コードリーダによって読み取られる。これにより、部品収容器９１の個体と、部品収容器９１が装填された部品供給ユニット９２の個体とを対応付ける装填情報Ｖ（図３参照）が作成される。

部品収容器９１としてテープリールを例示でき、部品供給ユニット９２としてテープリールが直接装填される一体型のフィーダ装置を例示できる。テープリールには、多数の部品が所定ピッチで封入されたキャリアテープが巻回保持される。フィーダ装置は、テープリールが装填された形態で部品装着機９８に装備される。フィーダ装置は、テープリールからキャリアテープを引き出して部品取り出し位置に送ることにより、部品装着機９８の部品装着具に部品を供給する。部品の装着作業が進んで、テープリールの部品が消費され尽くすと、フィーダ装置の全体が交換される。

フィーダ装置は、一体型に限定されず、分離型もある。分離型フィーダ装置は、キャリアテープの送り機構を有するフィーダ本体部、およびテープリールが装填されるリールカセットで構成される。フィーダ本体部は、部品装着機９８に常設され、別体のリールカセットは、フィーダ本体部の近くに配置される。部品の装着作業が進んで、テープリールの部品が消費され尽くすと、リールカセットが交換される。リールカセットは、部品収容器９１を装填する部品供給ユニット９２に該当する。

以降では、部品供給ユニット９２が一体型のフィーダ装置であって、既に部品収容器９１としてのテープリールが装填されている場合について説明する。なお、部品収容器９１としてトレイ、部品供給ユニット９２としてトレイ装填ユニットを用いることもできる。

ユニット倉庫２は、後述するユニット収納器（４１、４４）が収納するよりも多数の部品供給ユニット９２を保管する。図１および図２に示されるように、ユニット倉庫２は、大型の縦型の直方体の形状に形成されている。ユニット倉庫２は、前面に入出庫口２１を有する。これに限定されず、入庫口および出庫口が別々に設けられてもよい。部品収容器９１が装填された部品供給ユニット９２は、作業者によって入出庫口２１から入庫される。

ユニット倉庫２の前面の入出庫口２１の下側に、左右方向に延びる上側区間ガイド２６が設けられる。ユニット倉庫２の前面の最下部に、左右方向に延びる下側区間ガイド２７が設けられる。上側区間ガイド２６および下側区間ガイド２７は、例えば、前方に突出する凸形状や、上方に開口する溝形状に形成される。

図３に示されるように、ユニット倉庫２の内部には、複数の保管位置、アクチュエータ２２、およびコードリーダ２３が設けられる。アクチュエータ２２は、入出庫口２１に入庫された部品収容器９１を保管位置まで移送し、また、保管位置の部品収容器９１を入出庫口２１まで移送する。アクチュエータ２２は、倉庫制御部２９によって制御される。

コードリーダ２３は、入庫された部品供給ユニット９２に貼り付けられている識別コードを読み取り、読み取った結果を倉庫制御部２９に受け渡す。したがって、倉庫制御部２９は、保管している全部の部品供給ユニット９２の個体を、保管位置と対応付けて認識することができる。さらに、倉庫制御部２９は、装填情報Ｖを参照して、部品供給ユニット９２の各々に装填されている部品収容器９１を認識することができる。ユニット倉庫２の上部の右前側に警告灯２４が設けられている。倉庫制御部２９は、異常発生時や故障時に警告灯２４を点灯制御して、作業者に報知する。

図１および図２に示されるように、収納器保持台３は、ユニット倉庫２の左側に隣接して配置される。これに限定されず、収納器保持台３は、ユニット倉庫２の右側に配置されてもよい。収納器保持台３は、上側にユニット収納器（４１、４４）を保持する。収納器保持台３は、直方体の枠形状に形成される。収納器保持台３の前面の上部に、左右方向に延びる上側区間ガイド３２が設けられる。収納器保持台３の前面の下部に、左右方向に延びる下側区間ガイド３３が設けられる。上側区間ガイド３２および下側区間ガイド３３は、ユニット倉庫２の上側区間ガイド２６および下側区間ガイド２７と同じ高さに配置され、同じ形状に形成される。

収納器保持台３は、増設が可能である。増設を行う場合、複数の収納器保持台３は、左右方向に隣接して配置される。また、複数の収納器保持台３は、ユニット倉庫２の左右両側に分散して配置されてもよい。これにより、複数の上側区間ガイド３２は、左右方向に並んでつながり、さらにユニット倉庫２の上側区間ガイド２６につながって、長い移動ガイドを形成する。同様に、複数の下側区間ガイド３３は、左右方向に並んでつながり、さらにユニット倉庫２の下側区間ガイド２７につながって、長い移動ガイドを形成する。

図１および図２に示される３台の収納器保持台３のうち右側および中央の収納器保持台３の上側に、全幅ユニット収納器４１が保持されている。また、左側の収納器保持台３の上側に、２個の半幅ユニット収納器４４が保持されている。全幅ユニット収納器４１の幅寸法は、部品装着機９８の幅寸法よりもわずかに小さい。半幅ユニット収納器４４の幅寸法は、全幅ユニット収納器４１の幅寸法の約半分である。

ユニット収納器（４１、４４）は、部品供給ユニット９２を複数収納する。ユニット収納器（４１、４４）の内側の底面に、左右方向に並ぶ複数の収納スロットが形成される。収納スロットは、例えば前後方向に延びる溝により形成され、部品供給ユニット９２が前側から差し込まれて収納される。図１および図２において、右側の全幅ユニット収納器４１に１個の部品供給ユニット９２が例示されており、実際には、多数の部品供給ユニット９２が左右に並んで収納される。半幅ユニット収納器４４の収納スロットの個数は、全幅ユニット収納器４１の半数である。

全幅ユニット収納器４１は、部品装着機９８に装備されて、部品供給装置の主要部となる。同様に、２個の半幅ユニット収納器４４は、部品装着機９８に装備されて、部品供給装置の主要部となる。これに限定されず、ユニット収納器（４１、４４）は、部品装着機９８に装備されず、収納した複数の部品供給ユニット９２の段取り作業や運搬等をまとめて行い、効率化するものであってもよい。

入出庫ロボット５は、ユニット収納器（４１、４４）とユニット倉庫２の間で、部品収容器９１が装填された段取り済みの部品供給ユニット９２を受け渡す。入出庫ロボット５は、縦長に形成されている。入出庫ロボット５は、後側にガイド部材および移動駆動部を備える。ガイド部材は、複数の区間ガイド（２６、２７、３２、３３）からなる移動ガイドに係合する。これにより、入出庫ロボット５は、全重量が移動ガイドによって支えられるとともに、移動方向が規定される。移動駆動部は、例えば、図略の非接触給電装置またはバッテリを電源として動作する。移動駆動部は、例えば、走行車輪と駆動モータの組み合わせや、リニアモータを応用した移動機構により構成される。これにより、入出庫ロボット５は、移動ガイドに沿ってユニット収納器（４１、４４）およびユニット倉庫２の前側を移動する。

入出庫ロボット５は、さらに、ユニット保持空間およびユニット操作機構を備える。ユニット保持空間は、入出庫ロボット５の内部に区画されて後方に開口する空間である。ユニット保持空間は、搬送する部品供給ユニット９２を一時的に保持する。ユニット操作機構は、ユニット保持空間とユニット収納器（４１、４４）の間、およびユニット保持空間とユニット倉庫２の入出庫口２１の間で、部品供給ユニット９２を受け渡す。このとき、ガイド部材と移動ガイドの係合によって入出庫ロボット５の高さが適正に保たれるので、受け渡し動作が安定化する。入出庫ロボット５は、入出庫制御部８によって制御される。

２．入出庫システム１の制御に関する構成
次に、入出庫システム１の制御に関する構成について説明する。図３に示されるように、入出庫制御部８は、効率化処理部９５に通信接続される。効率化処理部９５は、ライン制御部９６に通信接続される。さらに、ライン制御部９６は、対基板作業ライン９７を構成する複数種類の対基板作業機にそれぞれ通信接続される。対基板作業ライン９７は、基板に部品を装着して基板製品を量産する生産ラインである。対基板作業ライン９７を構成する部品装着機９８は、段取り済みのユニット収納器（４１、４４）が装備されて部品の供給が可能となる。

効率化処理部９５は、対基板作業ライン９７における作業を効率化するための効率化処理を実施する。効率化処理の一環として、効率化処理部９５は、部品装着機９８における部品の装着作業を効率化するために、ユニット収納器（４１、４４）内の複数の部品供給ユニット９２の収納位置を適正化する。この効率化処理は、最適化処理とも呼ばれ、各種の公知技術の適用が可能である。ライン制御部９６は、効率化処理部９５から受け取った効率化処理の結果に基づいて、対基板作業ライン９７の動作を制御する。

一方、入出庫制御部８は、ユニット倉庫２の倉庫制御部２９と通信接続される。また、入出庫制御部８は、入出庫ロボット５を制御する。さらに、入出庫制御部８に付属された装填情報記憶部８１は、装填情報Ｖを記憶する。入出庫制御部８は、作業者との情報交換を行うためのマンマシンインターフェース（入力部、表示部、無線通信部等）を備える。

上記した各制御要素の間では、装填情報Ｖやその他の各種情報が適宜送受信される。したがって、入出庫制御部８は、装填情報Ｖをユニット倉庫２および部品装着機９８で共有可能とすることができる。また、上記した各制御要素は、全てが独立したハードウェアである必要はない。例えば、入出庫制御部８および倉庫制御部２９が、１台のコンピュータ装置の相違するソフトウェアで実現されてもよい。また例えば、入出庫制御部８は、効率化処理部９５の部分機能として実現されてもよい。さらに、上記した通信接続や情報伝送は、無線通信装置を用いて行われてもよい。入出庫制御部８等の制御機能については、次の動作の説明の中で詳述する。

３．入出庫システム１の動作
次に、入出庫システム１の動作について、図４を参考にして説明する。図４のステップＳ１で、入出庫制御部８は、効率化処理部９５から効率化処理の結果を取得する。効率化処理の結果は、使用する部品供給ユニット９２の識別コード、およびユニット収納器（４１、４４）内の収納位置の情報を含んでいる。収納位置の情報は、例えば、収納スロットの位置を示すスロット番号で表される。

次のステップＳ２で、入出庫制御部８は、使用する部品供給ユニット９２の識別コードを倉庫制御部２９に指令する。倉庫制御部２９は、指令にしたがってアクチュエータ２２を制御し、当該の部品供給ユニット９２を入出庫口２１まで移送する。次のステップＳ３で、入出庫制御部８は、入出庫ロボット５に搬送を指令する。入出庫ロボット５は、指令にしたがって入出庫口２１の部品供給ユニット９２をユニット収納器（４１、４４）まで搬送する。

次のステップＳ４で、入出庫制御部８は、入出庫ロボット５にユニット収納器（４１、４４）内の収納位置を指令する。入出庫ロボット５は、指令された収納位置に部品供給ユニット９２を収納する。次のステップＳ５で、入出庫制御部８は、効率化処理の結果に含まれる全ての部品供給ユニット９２がユニット収納器（４１、４４）に揃ったか否かを判定する。そして、否である間、入出庫制御部８は、ステップＳ２～ステップＳ５を繰り返して実行する。

繰り返しによって全ての部品供給ユニット９２が揃うと、動作フローは終了する。この時点で、ユニット収納器（４１、４４）の使用準備が整う。作業者は、１個の全幅ユニット収納器４１または２個の半幅ユニット収納器４４を部品装着機９８まで運搬して装備する。この装備作業の一例で、作業者は、まず、運搬用の台車（図略）を収納器保持台３の入出庫ロボット５の反対側に接続する。作業者は、二番目に、ユニット収納器（４１、４４）を収納器保持台３から引き出して台車に乗せ換え、部品装着機９８まで運搬する。作業者は、三番目に、台車を部品装着機９８の装備位置に接続する。作業者は、最後に、ユニット収納器（４１、４４）を台車から部品装着機９８に乗せ換える。これにより、部品装着機９８において部品を供給する準備が整う。このとき、装填情報Ｖは、通信等によって部品装着機９８で共有される。

第１実施形態の部品供給ユニットの入出庫システム１において、入出庫ロボット５は、複数の部品供給ユニット９２をユニット倉庫２から出庫してユニット収納器（４１、４４）に収納する作業を自動で行う。そして、ユニット収納器（４１、４４）に収納された複数の部品供給ユニット９２は、後続の段取り作業にまとめて利用され、または、まとめて部品装着機９８に装備される。したがって、部品供給ユニット９２を一つずつ段取りしてゆく従来技術と比較して、段取り作業を効率化することができる。

また、入出庫制御部８は、効率化処理の結果に基づいて、ユニット倉庫２から出庫する複数の部品供給ユニット９２を選択制御し、さらに出庫した複数の部品供給ユニット９２のユニット収納器（４１、４４）内の収納位置を制御する。これによれば、効率化処理に続いて、部品装着機９８に装備するユニット収納器（４１、４４）の段取りをタイムリーに実施することができる。また、複数の部品供給ユニット９２のユニット収納器（４１、４４）内の収納位置が自動的に制御されるので、収納位置を誤るおそれが生じない。さらに、部品供給ユニット９２を保管するユニット倉庫２と、ユニット収納器（４１、４４）への収納を行う収納器保持台３とが隣接して配置されるので、省スペースなシステム構成が実現される。

４．第２実施形態の部品供給ユニットの入出庫システム１Ａ
次に、第２実施形態の入出庫システム１Ａについて、図５を参考にして、第１実施形態と異なる点を主に説明する。図５に示されるように、第２実施形態では、第１実施形態の構成に走行路６５および搬送車６６が追加される。

走行路６５は、左側の収納器保持台３の後側から対基板作業ライン９７に渡って敷設される。左側の収納器保持台３は、部品収容器９１が装填された部品供給ユニット９２を部品装着機９８に向けて搬出するための搬出ステーション、および、部品装着機９８で使用済みになった部品供給ユニット９２を搬入するための搬入ステーションを兼ねる。搬送車６６は、入出庫制御部８からの無線指令にしたがって走行路６５を走行するとともに、半幅ユニット収納器４４を積み下ろしする。搬送車６６は、搬送動作の進行状況を入出庫制御部８に適宜報告する。搬送車６６の待機位置は、左側の収納器保持台３の後側に設定されている（図５に示す）。なお、走行路６５が複数の対基板作業ライン９７に渡って敷設され、複数台の搬送車６６が衝突を回避しつつ走行してもよい。また、搬送車６６は、物理的な走行路６５が不要で、マップデータ上の走行路の情報を参照して走行する方式のＡＧＶでもよい。

上記の構成において、搬送車６６は、使用準備が整った半幅ユニット収納器４４を収納器保持台３から取り外して積載する。搬送車６６は、次に、部品装着機９８まで走行して半幅ユニット収納器４４を搬送し、部品装着機９８に装備する。または、搬送車６６は、半幅ユニット収納器４４を部品装着機９８の傍らの作業者に受け渡す。さらに、搬送車６６は、２個目の半幅ユニット収納器４４を同様に搬送する。第２実施形態によれば、部品供給ユニット９２の半幅ユニット収納器４４への収納に加えて、半幅ユニット収納器４４の運搬作業の自動化が達成される。

５．実施形態の応用および変形
なお、第２実施形態において、搬送車６６は、部品装着機９８で使用済みになった半幅ユニット収納器４４を収納器保持台３まで戻すようにしてもよい。この後、部品供給ユニット９２は、ユニット倉庫２に戻されて保管される。このとき、装填情報Ｖは、通信等によってユニット倉庫２で共有される。また、搬送車６６は、性能の制約により、半幅ユニット収納器４４の搬送を２回行う。しかしながら、搬送車６６を大型化して性能向上することにより、全幅ユニット収納器４１を搬送することが可能となる。その他にも、第１および第２実施形態は、様々な応用や変形が可能である。

１、１Ａ：部品供給ユニットの入出庫システム ２：ユニット倉庫 ２１：入出庫口 ２２：アクチュエータ ２３：コードリーダ ２６：上側区間ガイド ２７：下側区間ガイド ２９：倉庫制御部 ３：収納器保持台 ３２：上側区間ガイド ３３：下側区間ガイド ４１：全幅ユニット収納器 ４４：半幅ユニット収納器 ５：入出庫ロボット ６６：搬送車 ８：入出庫制御部 ８１：装填情報記憶部 ９１：部品収容器 ９２：部品供給ユニット ９５：効率化処理部 ９８：部品装着機 Ｖ：装填情報

Claims (7)

1. 複数の部品を部品装着機に供給するときにテープリールが装填された形態で使用される部品供給ユニットを所定方向に複数並べて収納するユニット収納器と、
   前記ユニット収納器を保持する収納器保持台と、
   前記所定方向に前記収納器保持台と並んで設けられ前記ユニット収納器が収納するよりも多数の前記部品供給ユニットを保管するユニット倉庫と、
   前記ユニット収納器と前記ユニット倉庫の間で前記部品供給ユニットを受け渡す入出庫ロボットと、
   前記収納器保持台から前記ユニット倉庫に渡って設けられた移動ガイドと、を備え、
   前記入出庫ロボットは、前記移動ガイドに沿って前記所定方向に移動することで前記収納器保持台と前記ユニット倉庫の間を移動するとともに前記ユニット収納器上の収納位置に前記部品供給ユニットを収納し、
   前記ユニット収納器は、前記収納器保持台に対して着脱可能に構成されるとともに、台車または搬送車に積載されて前記収納器保持台から前記部品装着機まで複数の前記部品供給ユニットをまとめて搬送可能に構成された部品供給ユニットの入出庫システム。
2. 前記移動ガイドは、前記収納器保持台および前記ユニット倉庫にそれぞれ設けられた区間ガイドが前記入出庫ロボットの移動方向に並んで構成される、請求項１に記載の部品供給ユニットの入出庫システム。
3. 前記収納器保持台は、増設が可能である、請求項２に記載の部品供給ユニットの入出庫システム。
4. 前記ユニット収納器は、前記部品装着機に装備されるものである、請求項１～３のいずれか一項に記載の部品供給ユニットの入出庫システム。
5. 前記部品装着機における前記部品の装着作業を効率化するために、前記ユニット収納器内の複数の前記部品供給ユニットの収納位置を適正化する効率化処理の結果に基づいて、前記ユニット倉庫から出庫する複数の前記部品供給ユニットを選択制御し、さらに出庫した複数の前記部品供給ユニットの前記ユニット収納器内における前記収納位置を制御する入出庫制御部をさらに備えた、請求項４に記載の部品供給ユニットの入出庫システム。
6. 前記テープリールの個体と、前記テープリールが装填された前記部品供給ユニットの個体とを対応付けた装填情報を記憶する装填情報記憶部をさらに備える、請求項５に記載の部品供給ユニットの入出庫システム。
7. 前記部品供給ユニットは、複数の前記部品を収容するキャリアテープが巻回された前記テープリールが装填されるフィーダ装置、または、前記キャリアテープの送り機構を有するフィーダ本体部と別体に形成されて前記テープリールが装填されるリールカセットである、請求項１～６のいずれか一項に記載の部品供給ユニットの入出庫システム。

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