JP4750792B2 - 構成要素フィーダの交換の診断ツール - Google Patents

Description

ピックアンドプレイス装置は、一般に、電子回路板を製造するために使用される。ブランクプリント回路板は、通常、ピックアンドプレイス装置に供給され、次に、該ピックアンドプレイス装置は、電子構造要素を構成要素フィーダから取り上げ、その構成要素を回路板に載置する。構成要素は、はんだ付けペースト又は接着剤により一時的に回路上に保持され、その後、後続のステップが行われ、はんだ付けペーストは溶融し又は接着剤は完全に硬化する。

ピックアンドプレイス装置の作動は取り組むべき課題が多い。装置速度は、処理量に対応するため、ピックアンドプレイス装置の作動速度が速ければ速い程、製造した回路板のコストは低減される。更に、プレイスメント精度は極めて重要である。チップキャパシタ及びチップレジスタのような多くの電気的構成要素は、比較的小さく、同等に小さいプレイスメント位置に正確に配置しなければならない。その他の構成要素は、大型ではあるが、比較的細かいピッチにて互いに隔てられたかなりの数のリード又は導体を有している。かかる構成要素は、リードの各々が適正なパッド上に配置されることを保証し得るよう正確に配置しなければならない。このため、装置は極めて速く作動しなければならないのみならず、装置は構成要素を極めて精密に載置しなければならない。

回路板の製造の質を向上させるため、はんだリフローの前及び後の双方にて完全に又は部分的に実装した基板を全体的に検査し、不正確に載置された構成要素、又は生ずるであろう紛失又は任意の多岐に亙る誤りを識別し得るようにする。かかる工程を実行する自動システムは、はんだリフローの前に、構成要素のプレイスの問題点を識別するのを助け、リフローの後に実質的に容易な再加工を許容し又は再加工の必要性のある不良な回路板を識別するのを助ける点にて極めて有用である。かかるシステムの一例は、ミネソタ州、ゴールデンバレーのサイバーオプティックス・コーポレーション（ＣｙｂｅｒＯｐｔｉｃｓ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ）から入手可能なモデルＫＳフレックス（ＫＳ Ｆｌｅｘ）という商標名にて販売されている。このシステムは、整合及び回転誤差、欠品した構成要素及び反転した構成要素、ビルボード、トームストーン、構成要素の欠陥、不正確な極性及び間違った構成要素のような問題点を識別するため使用することができる。リフロー前の誤りを識別する結果、多数の利点が得られる。すなわち、再加工が容易である。閉ループの製造制御が容易となる。誤りの発生と修復との間にて存在する工程間作業が少ない。かかるシステムは、極めて有用な検査を可能にするが、工場の床スペースを占め、プログラミング時間、メンテナンスの労力及び同様のものを消費することになる。

ピックアンドプレイス装置自体内に配置されて、プレイスメント後の検査の有利な効果を提供しようとする１つの比較的最近の試みは、アサイ（Ａｓａｉ）及びその他の者に対する米国特許明細書６，３１７，９７２号に開示されている。この文献には、構成要素をプレイスメントする前に、取り付け位置の像が得られ且つ構成要素をプレイスメントした後に、構成要素レベルにてプレイスメント工程を検査するため取り付け位置の像と比較される、電気的構成要素を取り付ける方法が報告されている。

構成要素のプレイスメント装置の技術は進歩しているが、かかる装置は、比較的多くの準備及びオペレータの注意を依然、必要とする。かかる作業は、プレイスメント装置をオフラインにて取り外すことを必要とし、このため、準備し又はメンテナンス作業を行う間、製品を製造しないことがある。従って、かかる作業時間を短縮すれば、所定の装置の有効生産量を顕著に向上させることができる。ピックアンドプレイス装置は、プログラミング、コンベアの交換、加工物の取り付け及びフィーダの交換のような作業を必要とする。特に、プリント回路板の設計及び組み立ての進歩は、ラインをより高頻度にて交換することを必要とする多品種少量（ＨＭＬＶ）製造に向けた変化を生じさせる。

所定の構成要素フィーダから全ての構成要素が無くなったとき、フィーダは、一般に、同一の構成要素の新たな供給分を有する新たなフィーダと交換される。しかし、新しいフィーダは不正確な構成要素の値、不正確な構成要素の型及び不正確な極性を有する可能性がある。このため、かかるフィーダの交換が必要とされるとき、新しいフィーダ及び（又は）そのフィーダから載置された構成要素を、技術員によって慎重に解析し、プレイスメント工程が再開可能であることを保証しなければならない。この技術員の必要な時間は、装置をオフラインに維持すると同時に、労力コストを費やすことになる。従って、任意の所定の構成要素のフィーダの交換を実行するため必要とされる時間を最小限にすることが重要である。

ピックアンドプレイス装置内にて構成要素フィーダの交換の確認を容易にする方法及び装置が提供される。フィーダからの構成要素の交換前の像が取得され且つフィーダを交換した後に載置された交換後のフィーダからの構成要素の像と比較される。交換前の像を交換後の像と比較することは、簡単で且つ迅速なフィーダの交換の確認を容易にする。本発明の形態は、異なる型式のピックアンドプレイス装置にて実施可能であり、また、フィーダの交換の確認を自動的に表示するため、センサ及び（又は）技術員が供給した情報を使用することができる点にて有益である。

図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の実施の形態が特に有用であるデカルト座標型ピックアンドプレイス装置１５０のそれぞれの平面的及び頂面図である。図１Ａ及び図１Ｂの説明は、ピックアンドプレイス装置１５０に関して記載するが、割型ガントリー及び（又は）タレット型設計のようなその他の形態のピックアンドプレイス装置を使用することができる。

図１Ａは、ピックアンドプレイス装置１５０の平面図である。ピックアンドプレイス装置１５０は、輸送システム又はコンベア１５２を介して回路板１５７のような加工物を受け取る。次に、プレイスメントヘッド１６２は、構成要素フィーダ（図１Ｂに図示）から加工物１５７上に取り付けるべき１つ又はより多くの電気的構成要素を得て且つｘ、ｙ、ｚ方向に動いて構成要素を加工物１５７上の適正な位置に適正な向きに載置する。プレイスメントヘッド１６２は、プレイスメントヘッド１６２が構成要素を取り上げ位置からプレイスメント位置まで動かすとき、ノズル２１０、２１２により保持された構成要素の下方を通ることのできるセンサ１８４を含むことができる。センサ１６２は、プレイスメント装置１５０がノズル２１０、２１２により保持された構成要素の下側を見ることを可能にし、また、構成要素が構成要素の取り上げ位置からプレイスメント位置まで動く間、構成要素の向き決め及び構成要素のある程度の検査を実行することができる。その他のピックアンドプレイス装置は、構成要素の像を得るため静止カメラ上を動くプレイスメントヘッドを採用することができる。下方を見る基準カメラ１６５をヘッド１６２上に取り付け且つ加工物１５７の１つ又はより多くの像を得ることができるよう配設することも好ましい。

図１Ｂに示すように、輸送機構１５２は、取り付け部分１５４と、コンベア１５６とを有している。輸送機構１５２は、基部１５８上に配設され、加工物がコンベア１５６により取り付け部分１５４に運ばれるようにする。フィーダ機構１６０は、全体として、輸送機構１５２の両側部に配設され且つ輸送機構に電子構成要素を供給する。フィーダ１６０は、電子構成要素を提供し得るようにされた任意の適宜な装置とすることができる。フィーダ１６０の各々は、載置すべき異なる特定の構成要素を提供することができる。フィーダ１６０の何れかの交換は、上述したように、全体として、装置１５０をオフラインにすることを必要とするから、望ましくない作業である。本発明の実施の形態がこの作業時間を短くする態様は本明細書の後にて明らかになるであろう。

ピックアンドプレイス装置１５０は、基部１５８の上方に配設されたヘッド１６２を有している。ヘッド１６２は、フィーダ機構１６０と取り付け部分１５４との何れかの間を動くことができる。理解し得るように、ヘッドサポート１６４はレール１６６上を可動であり、これによりヘッド１６２が基部１５８上にてｙ方向に動くのを許容する。モータ１７０は、モータの作動信号に応答して、ヘッドサポート１６４の１つと係合するボールスクリュー１７２を回転させ、これによりサポート１６４をｙ方向に変位させるとき、ヘッド１６２のｙ方向への動きが生ずる。ヘッド１６２は、また、レール１６８上にて支持されてヘッドが基部１５８に対してｘ方向に動くのを許容する。モータ１７４がモータの回転信号に応答して、ヘッド１６２と係合し且つヘッド１６２をｘ方向に変位させるボールスクリュー１７６を回転させるとき、ヘッド１６２のｘ方向への動きが生ずる。ピックアンドプレイスのその他の設計のものは、専門的にｘ及びｙ方向への動きにて作動しない装置であっても、本発明と共に使用し得るようにすることができる。

ヘッド１６２は、全体として、本体１７８と、ノズルマウント１８０と、ノズル１８２と、センサ１８４とを備えている。ノズルマウント１８０は、本体１７８内に配置され且つノズル１８２の各々を本体１７８内に取り付ける。本明細書にて使用するように、「ノズル」とは、１つの構成要素を解放可能に保持することのできる任意の装置を意味することを意図する。ノズル１８２の各々は、ｚ方向（上下）、ｘ方向及びｙ方向に可動であり且つサーボモータのような任意の適宜な作動部材によってｚ軸線の回りを回転可能である。

上記の説明から、現代のピックアンドプレイス装置は、１つ又はより多くの画像システム（基準カメラ１６５及び（又は）構成要素センサ１８４のような）を含むことは明らかである。

最近、ピックアンドプレイス装置は、構成要素のプレイスメント工程の直前及び直後に所定のプレイスメント位置を見ることにより、構成要素のプレイスメントの検査を行う能力を実現している。図２には、構成要素３０４がノズル２１０により位置３６０に配設される前、構成要素３０４のプレイスメント位置３６０の像を取得し得るよう配設された一例としての像取得装置３００が示されている。装置３００は、構成要素３０４を配置する前及びその直後において、加工物１５７上におけるプレイスメント位置３６０の像を取得する。これら配置前及び後の像を比較することは、構成要素レベルのプレイスメントの検査及び確証を容易にする。プレイスメント位置の像の取得は、全体として、ノズル２１０のようなノズルが構成要素３０４をプレイスメント位置の上方にて保持するとき行われるから、構成要素自体又は既に加工物に取り付けられたであろう隣接する構成要素からの干渉を最小にし又は減少させつつ、プレイスメント位置３６０の像を取得することができることが重要である。このように、装置３００は、加工物１５７の平面に対して角度θにて傾斜した像を許容する光軸線を採用することが好ましい。

本発明の実施の形態は、全体として、構成要素フィーダの交換を容易にするため、現在、ピックアンドプレイス装置内に存在する像取得機器を利用する。具体的には、フィーダの交換前に載置され又は載置されつつある構成要素の像を新しいフィーダからの交換後の像と比較し、フィーダの交換を容易にし、又はその他、その交換の質の保証を向上させることができる。

図３は、本発明の１つの実施の形態に従ったピックアンドプレイス装置の作動方法を示すフロー線図である。方法４００は、ブロック４０２にて開始し、このブロックにて、ピックアンドプレイス装置１５０は、構成要素の像を取得する。この像は、基準カメラ１６５と、センサ１８４と、像取得システム３００とを含む任意の適宜な装置により取得することができる。更に、像は、構成要素が配置されつつある間（センサ１８４から）又は構成要素が加工物１５７上に配置された後（例えば、カメラ１５０又はシステム３００を使用して）取得することができる。この実施の形態において、装置１５０は、載置されつつある構成要素は交換すべきフィーダから配置すべき最後の構成要素であることを知ることが好ましい。この情報は、フィーダが装填されるとき、フィーダが保持する構成要素の数を示すことを含んで、技術員が手操作で装置１５０に提供することができる。次に、装置１５０は、載置されたこれら構成要素の数をカウントし、最後の構成要素となったときを知る。これと代替的に、フィーダに構成要素が無くなったとき、フィーダによって空であることを示すセンサ信号を発生させることもできる。

フィーダの交換が技術員により又は自動的に実施された後、ブロック４０４が実行される。ブロック４０４にて、ピックアンドプレイス装置は、新たに交換したフィーダから構成要素の像を取得する。この像は、プレイスメントのため輸送される間、構成要素の像とし（センサ１８４を使用して）、又は加工物の上に載置されたとき、構成要素の像とする（カメラ１６５又はシステム３００を使用して）ことができる。ブロック４０６にてこれらの像の比較が行われる。この比較は、交換前及び交換後の像を操作者に提供し且つ操作者がフィーダの交換を受け入れるか又は拒むかを決定するようにすることで行うことができる。かかる像の一例が図５に図示されている。これと代替的に、既知の像の解析法及び視認器具を使用する自動化した比較方法によれば、交換の確認を自動的に表示することができる。例えば、ホストコントローラ３０１（図２に図示）は、交換前の像及び交換後の像を解析して、交換の確認の表示を自動的に発生させ得る形態とすることができる。かかる技術は、構成要素の寸法及び形状の相違を確認することができる。更に、幾つかの極性の表示（チップキャパシタ上の極性インジケータのような）は、構成要素の頂部から見ることができ、また、それ自体、自動化技術に容易に対応させることができる。更に、幾つかの技術は、光学的な文字認識方法を含み、構成要素の上部における構成要素の仕様の表示を読み取り又は画像化し且つ比較することができる。

構成要素の像の取得は、通常のピックアンドプレイスメント工程の間に行われるため、本発明の幾つかの実施の形態は、既に行われつつあるもの以外の追加的な像の取得又は同期化さえも不要である。

図４は、本発明の別の実施の形態に従ってピックアンドプレイス装置を作動させる方法を示すフロー線図である。方法４２０は、方法４００と同様であるが、装置がフィーダの交換を行うべきことを事前に知らない状況に一層良く適している。更に、方法４２０は、技術員が介入する間、交換されつつある多数のフィーダを取り扱うこともできる。方法４２０は、像が関係するフィーダの表示と共に、作用可能なフィーダの各々に対し、載置され又は載置されつつある1つの構成要素の像を全体として保存するブロック４２２を含んでいる。従って、１０のフィーダが作動可能であるならば、方法４２０のブロック４２２は、それぞれのフィーダの表示と共に保存された１０の像を必要とする。所定のフィーダの新たな構成要素が載置されると、そのフィーダに関して保存された像には、その新たな構成要素の像が重ね書きされる。このため、各々がそれらのフィーダに関して最新の構成要素の像を保存する実質的に多数の像バッファが存在することになる。

ブロック４２４にて、装置１５０は、１つ又はより多数のフィーダの交換を行うべきであるとの表示を受け取り、従って、オフライン状態に動く。この表示は、技術員がデータを入力するか又はフィーダの交換を表示する、何らかの形態の入力を提供する等によって、直接、提供することができる。しかし、この表示は、構成要素フィーダを動かし又は変位させる等によって間接的に行ってもよく、この動きは、フィーダに物理的に連結され且つ装置１５０に電子的に連結されたスイッチにより正合させることができる。更に、どのフィーダが交換されたかの表示は、正確に同一の態様にて提供することもできる。交換が完了したならば、技術員は、そのことをピックアンドプレイス装置１５０に表示し（適宜な任意の入力を通じて）、交換の確証過程が開始する。装置１５０は、どのフィーダが交換されたかを知り、また、装置１５０は、全てのフィーダに対して保存された交換前の構成要素の像をも有するため、必要なことは、交換した各フィーダから構成要素の像を取得することだけである。従って、ブロック４２６にて、装置１５０は、新たに交換したフィーダから取り上げた各構成要素の像を取得する。

ブロック４２８にて、新たに交換したフィーダからの構成要素の像の各々が関係した交換前の像と比較される。この過程は、ブロック４０６に関して上述したものの単に繰り返しであることが好ましいが、交換後の全ての形態及びそれらの関係した交換前の形態の全てを表示することにより実現することもできる。更に、この比較は、適宜な既知の像解析技術及びアルゴリズムを使用して自動化することもできる。

図５は、２つの構成要素のプレイスメント像の比較を示す。図５の上半分は「１２Ｒ４」と標識された構成要素の交換前の構成要素の像を提供する一方、下側部分は、別の構成要素の交換後の像を提供する。理解し得るように、上側部分は下側部分と実質的に同一であり、このため、技術員は単に「ＯＫ」を表示するだけでフィーダの交換が受け入れ可能であることを迅速に且つ容易に確証することができよう。

本発明は、好ましい実施の形態に関して説明したが、当該技術の当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱せずに、形態及び細部の点にて変更が可能であることを認識されよう。

１Ａは、本発明の実施の形態を実施することのできるピックアンドプレイス装置の正面図である。 １Ｂは、本発明の実施の形態を実施することのできるピックアンドプレイス装置の頂面図である。 ピックアンドプレイス装置の像取得システムの簡略化した概略図である。 本発明の１つの実施の形態に従ってピックアンドプレイス装置を作動させる方法を示すフロー図である。 本発明の別の実施の形態に従ってピックアンドプレイス装置を作動させる方法を示すフロー図である。 ２つの構成要素のプレイスメント像を比較する図である。

Claims (19)

1. フィーダの交換の確認を容易にする形態とされたピックアンドプレイス装置において、
   少なくとも１つの構成要素を解放可能に保持する少なくとも１つのノズルを有するプレイスメントヘッドと、
   プレイスメントヘッドと加工物との間にて相対的な動きを発生させるロボット型システムと、
   前記加工物におけるプレイスメント位置に配置された構成要素の像を取得し得るよう配設された像取得システムと、
   装置に連結され且つ複数の構成要素を提供する形態とされたフィーダとを備え、
   像取得システムは、フィーダの交換前の前記加工物におけるプレイスメント位置に配置された少なくとも１つの構成要素の交換前の像を取得し且つ保存すると共に、フィーダの交換後の前記加工物におけるプレイスメント位置に配置された少なくとも１つの構成要素の交換後の像を取得する形態とされる、ピックアンドプレイス装置。
2. 請求項１に記載のピックアンドプレイス装置において、前記少なくとも１つの構成要素の交換前の像及び前記少なくとも１つの構成要素の交換後の像を表示する形態とされたディスプレイ装置を更に備える、ピックアンドプレイス装置。
3. 請求項１に記載のピックアンドプレイス装置において、前記少なくとも１つの構成要素の交換前の像及び前記少なくとも１つの構成要素の交換後の像を解析して交換の確認の表示を自動的に発生させる形態とされた像処理装置を更に備える、ピックアンドプレイス装置。
4. 請求項１に記載のピックアンドプレイス装置において、像取得システムは、前記プレイスメントヘッドに取り付けられたカメラである、ピックアンドプレイス装置。
5. 請求項１に記載のピックアンドプレイス装置において、像取得システムは、加工物に対して傾斜した光軸線を有する、ピックアンドプレイス装置。
6. 請求項１に記載のピックアンドプレイス装置において、デカルト座標型ピックアンドプレイス装置である、ピックアンドプレイス装置。
7. 請求項１に記載のピックアンドプレイス装置において、割型ガントリー型装置である、ピックアンドプレイス装置。
8. 請求項１に記載のピックアンドプレイス装置において、タレット型装置である、ピックアンドプレイス装置。
9. ピックアンドプレイス装置にて交換前の構成要素を保持するフィーダと交換後の構成要素を保持するフィーダの交換を確認する方法において、
   ピックアンドプレイス装置を使用して交換前の構成要素の像を取得するステップと、
   フィーダを交換するステップと、
   ピックアンドプレイス装置を使用して交換後の構成要素の像を取得するステップと、
   前記交換後の構成要素の像と前記交換前の構成要素の像との比較を行うステップと、
   該比較に基づいてフィーダの交換を確認するステップとを備える、フィーダの交換を確認する方法。
10. 請求項９に記載の方法において、交換前の像を取得するステップは、交換前の構成要素をプレイスメントのために搬送しているときに行われる、方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、交換後の像を取得するステップは、交換後の構成要素をプレイスメントのために搬送しているときに行われる、方法。
12. 請求項９に記載の方法において、交換前の像を取得するステップは、交換前の構成要素をプレイスメントした後に行われる、方法。
13. 請求項１２に記載の方法において、交換後の像を取得するステップは、交換後の構成要素をプレイスメントした後に行われる、方法。
14. 請求項９に記載の方法において、比較を発生させるステップは、技術員に対し交換前の像及び交換後の像を提供するステップと、フィーダの交換の確認に関して技術員から入力を受け取るステップとを含む、方法。
15. 請求項９に記載の方法において、比較に基づいてフィーダの交換を確認するステップは、ピックアンドプレイス装置によって実行される、方法。
16. ピックアンドプレイス装置内にて少なくとも１つのフィーダの交換を確認する方法において、
    複数の作用可能なフィーダに関して少なくとも１つの交換前の構成要素の像を取得し且つ保存するステップと、
    少なくとも１回のフィーダの交換に関する表示を受け取るステップと、
    交換したフィーダに関する少なくとも１つの交換後の構成要素の像を取得するステップと、
    前記交換後の構成要素の像と前記交換前の構成要素の像との少なくとも１つの比較を行うステップと、
    比較に基づいて交換を確認するステップとを備える、フィーダの交換を確認する方法。
17. 請求項１６に記載の方法において、前記少なくとも１回のフィーダの交換に関する表示は、技術員の手動によりなされる、方法。
18. 請求項１６に記載の方法において、前記少なくとも１回のフィーダの交換に関する表示は、フィーダに連結された少なくとも１つのセンサによる検知に基づいてなされる、方法。
19. 請求項１６に記載の方法において、比較に基づいてフィーダの交換を確認するステップはピックアンドプレイス装置により実行される、方法。

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