JP5740082B2

JP5740082B2 - 複数の表面実装装置からなる基板生産ライン

Info

Publication number: JP5740082B2
Application number: JP2009213312A
Authority: JP
Inventors: 夢実蜷川; 祐樹恒川
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2009-09-15
Filing date: 2009-09-15
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2029-09-15
Also published as: JP2011066063A

Description

本発明は、複数の表面実装装置からなる基板生産ライン、特に並設された複数の表面実装装置により同一の基板に順次電子部品を実装して実装基板を生産する設備で、各表面実装装置に最適な照明を設定する際に適用して好適な複数の表面実装装置からなる基板生産ラインに関する。

従来、基板に電子部品を実装して実装基板を生産するために表面実装装置が用いられている。このような表面実装装置では、平面方向に移動可能な搭載ヘッドで吸着保持した電子部品を基板上の目標位置に正確に実装する必要があることから、装置内に搬入され位置決めされた基板の位置を正確に把握する位置認識が行われている。

この基板の位置認識は、例えば搭載ヘッドに設置されているカメラで基板上の決められた位置に設けられている基板マーク（対象物）を撮像し、該基板マークの基準位置からのずれを画像処理により検出する画像認識が行われている。

そのためには撮像した基板マークの輪郭を明瞭に捉える必要があることから、照明強度（明るさ）の設定が重要となる。従来、照明強度の設定は、オペレータが装置毎にモニタ画面を見ながら光源の明るさが丁度良くなるように調整しながら行っていたため、多大な労力と時間を要した上に、オペレータ間で個別の誤差が発生することも避けられなかった。そこで、これらの不都合を解決するために、自動的に照明を適切な明るさに調整して設定する技術が特許文献１に提案されている。

一方、実装基板を生産するに際しては、同一ラインに並設した複数の表面実装装置からなる基板生産ラインにより、同一基板に電子部品を順次実装することが行われている。

このような複数の表面実装装置からなる基板生産ラインにおいては、当然のことながら、各表面実装装置毎に照明を適切な明るさに設定することが、基板マーク等の対象物の画像認識のためには極めて重要である。

特開平１０−６２１３４号公報

しかしながら、従来の複数の表面実装装置からなる基板生産ラインにおける照明設定方法は、各表面実装装置で使用されているカメラや照明が異なることが多いことから、各表面実装装置に対してオペレータが個別に手動設定する必要があるため、生産前の準備作業に手間と時間がかかる上に、明るさを調整する照明設定に個人差が生じることで、認識誤差が発生する可能性があるという問題があった。

仮に、基板生産ラインを構成する複数の表面実装装置に対する照明設定に、前記特許文献１に提案されている自動設定する技術を適用したとしても、個々の表面実装装置毎に個別に設定操作を行う必要があることから、生産前の準備作業に手間と時間がかかるという問題は依然として残る。

本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、複数の表面実装装置からなる基板生産ラインを構成する各表面実装装置に対して、それぞれ設置されているカメラにより照明を使用して、同一の対象物を撮像する際に、適切な照明条件に容易に設定することができ、従って生産前の準備作業を大幅に軽減することができる技術を提供することを課題とする。

本発明は、一列に並べられた複数の表面実装装置と、各表面実装装置をそれぞれ管理するサーバとを備えた複数の表面実装装置からなる基板生産ラインにおいて、前記各表面実装装置は、搬入された基板上の対象物を撮像する基板撮像手段と、該基板撮像手段により該対象物を撮像する際に点灯する照明手段とを備え、前記サーバは、各表面実装装置が備えている各照明手段を前記対象物に対して同一の照明条件に設定できるように各表面実装装置の照明設定値が互いに対応して格納されている相関テーブルと共に、任意の表面実装装置において特定の照明条件に対応する照明設定値を設定すると、残りの表面実装装置に対してそれぞれ対応する照明設定値を前記相関テーブルで検索し、前記対象物に対して同一の照明条件に設定する照明設定値を該残りの表面実装装置に対して設定する照明一括制御手段を有しており、該照明一括制御手段は、前記任意の表面実装装置において設定された照明設定値が前記相関テーブルに格納されていない場合には、該任意の表面実装装置で設定された照明設定値を該照明設定値に最も近い該相関テーブルに格納されている近似照明設定値から減算した差分を求め、前記残りの表面実装装置に対して、該近似照明設定値に対応する対応照明設定値をそれぞれ求めたうえで、該対応照明設定値から該差分をそれぞれ減算した照明設定値を設定することにより前記課題を解決したものである。

なお、前記照明一括制御手段が、前記基板生産ライン先頭の表面実装装置において特定の照明条件に対応する照明設定値を設定すると、前記相関テーブルにおいて２台目以降の表面実装装置に対してそれぞれ対応する照明設定値を順次検索し、同一の照明条件に設定する下段伝播方式を採用してもよいし、又、前記照明条件が照度であるとしてもよい。

本発明によれば、基板生産ラインを構成する複数の表面実装装置を管理するサーバに、各表面実装装置毎に同一の照明条件に設定するための照明設定値を相互に関連付けて保存しておくようにしたので、任意の表面実装装置において対象物に対して最適な照明条件になる照明設定値を設定するだけで、サーバはその情報を元に保存データから残りの各表面実装装置に対する照明設定値を検索して自動的に設定することができることから、生産前の準備作業を大幅に軽減することができる。

本発明に係る一実施形態における基板生産ラインの概要を示す説明図基板生産ラインを構成する１つの表面実装装置の全体を示す概略斜視図上記表面実装装置の制御系の概要を示すブロック図カメラと照明の関係を例示する説明図基板と認識する対象物との関係を例示する説明図複数の表面実装装置について照明設定値の相関テーブルの例を示す図表表面実装装置が備えている照度調節画面のイメージを示す説明図第１実施例の下段伝播方式による照明の自動設定の手順を示すフローチャート第２実施例の全伝播方式による照明の自動設定の手順を示すフローチャート

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

図１には、本発明に係る一実施形態の複数の表面実装装置からなる基板生産ラインの概要を示す。

本実施形態の基板生産ラインは、複数の表面実装装置が同列に並べられ、１台目の表面実装装置１Ａから最終の表面実装装置１Ｍまで、同一の基板上に順次異なる目標位置に電子部品を実装する動作を繰り返すことにより、同種の実装基板を生産するようになっており、これら複数の表面実装装置１Ａ〜１Ｍの全体は、ＬＡＮケーブル２を介してサーバ３に連結され、該サーバ３によりそれぞれ管理されている。

図２には、本実施形態の基板生産ラインを構成する電子部品実装装置（表面実装装置）の全体を一部破断して示す。

１台の電子部品実装装置１は、同図に示すように、中央部から少し後方で左右方向に延在する基板搬送路４と、図示の下側に配設され、基板１０に実装される部品を供給する部品供給部１１と、Ｘ方向及びＹ方向にそれぞれ配設されたＸ軸移動機構１２及びＹ軸移動機構１４を備えている。

Ｘ軸移動機構１２は、部品を吸着する吸着ノズル１３ａを備えた搭載ヘッド部（吸着ヘッド部）１３をＸ軸方向に移動させ、またＹ軸移動機構１４は、Ｘ軸移動機構１２並びに搭載ヘッド部１３をＹ軸方向に移動させる。また搭載ヘッド部１３は、吸着ノズル１３ａを垂直方向（Ｚ軸方向）に昇降可能に移動させるＺ軸移動機構を備えていると共に、吸着ノズル１３ａをノズル軸（吸着軸）を中心に回転させるθ軸回転機構を備えている。また、搭載ヘッド部１３には、基板１０上に形成された基板マークを撮像する基板認識カメラ１７が、支持部材に取付けるようにして搭載されている。また、部品供給部１１の側部には、吸着ノズル１３ａに吸着された部品を下方から撮像する部品認識カメラ（撮像手段）１６が配置されている。

図３は、電子部品実装装置１の制御系の構成を示している。符号２０は、装置全体を制御するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）、並びにＲＡＭ、ＲＯＭなどからなるコントローラ（制御手段）であり、これに接続されている以下に説明する２１〜３１の符号で示す各構成部をそれぞれ制御している。

Ｘ軸モータ２１は、Ｘ軸移動機構１２の駆動源で、搭載ヘッド部１３をＸ軸方向に移動させ、また、Ｙ軸モータ２２は、Ｙ軸移動機構１４の駆動源で、Ｘ軸移動機構１２をＹ軸方向に移動させ、それにより搭載ヘッド部１３はＸ軸方向とＹ軸方向に移動可能となっている。

Ｚ軸モータ２３は、吸着ノズル１３ａを昇降させるＺ軸駆動機構（不図示）の駆動源で、吸着ノズル１３ａをＺ軸方向（高さ方向）に昇降させる。また、θ軸モータ２４は、吸着ノズル１３ａのθ軸回転機構（不図示）の駆動源で、吸着ノズル１３ａをそのノズル中心軸（吸着軸）を中心にして回転させる。

画像認識装置２７は、吸着ノズル１３ａに吸着された部品１８の画像認識を行なうもので、Ａ／Ｄ変換器２７ａ、メモリ２７ｂ及びＣＰＵ２７ｃから構成される。そして、吸着された部品１８を撮像した部品認識カメラ１６から出力されるアナログの画像信号をＡ／Ｄ変換器２７ａによりデジタル信号に変換してメモリ２７ｂに格納し、ＣＰＵ２７ｃがその画像データに基づいて吸着された部品の認識を行なう。

即ち、画像認識装置２７は、部品中心と吸着角度を演算し、部品の吸着姿勢を認識する。また、画像認識装置２７は、基板認識カメラ１７で撮像された基板マークの画像を処理して基板マーク位置を演算する。

また、画像認識装置２７は、部品認識カメラ１６で撮像された部品１８の画像データと基板認識カメラ１７で撮像された基板マークデータを処理して、両方の補正データを制御手段２０へ転送する。

キーボード２８とマウス２９は、部品データなどのデータを入力するために用いられる。

記憶装置３０は、フラッシュメモリなどで構成され、キーボード２８とマウス２９により入力された部品データ、及びサーバ（ホストコンピュータ）３から供給される部品データなどを格納するのに用いられる。

表示装置（モニタ）３１は、部品データ、演算データ、及び部品認識カメラ１６で撮像した部品１８の画像などをその表示画面３１ａに表示する。

前記搭載ヘッド部１３には、前記基板認識カメラ１７と共に、基板１０上の基板マーク等の対象物を該カメラ１７により鮮明な画像として撮像するための照明装置が装備されている。

図４には、装備されているカメラと照明装置の例を、基板と共に模式的に示す。

図４（Ａ）の例では、垂直照明と、角度照明とが装備されていると共に、カメラの下方には、反射と透過の両方の機能を有するプリズム板Ａ、Ｂが、光軸に対して４５°に交差する位置と、直交する位置とにそれぞれ配設されている。

垂直照明から出た光は、プリズム板Ａにより基板方向に反射され、２枚目のプリズム板Ｂを透過して基板に到達する。又、角度照明からカメラ方向に出た光は、プリズム板Ｂにより基板方向に反射され、基板に到達する。

この例では、垂直照明と角度照明の２つの照明の強弱によって照明の照度を調節すると共に、カメラは、２枚のプリズム板Ａ、Ｂを透過して撮像を行う。

図４（Ｂ）の例では、垂直照明とプラスチック板とが装備されていると共に、カメラの下方には、プリズム板Ａのみが配設されている。

垂直照明から出た光はプリズム板Ａにより、基板方向に反射され、基板に到達する。また、プリズム板により反射された光の一部は、拡散機能を有するプラスチック板を透過し基板に到達する。

この例では、垂直照明とその反射光を透過するプラスチック板によって、同様に照明照度（明るさ）を調節すると共に、カメラは、１枚のプリズム板Ａを透過して撮像を行う。

基板認識カメラ１７で認識する基板上の対象物としては、図５（Ａ）に基板１０との関係と共にイメージを示すように、前記基板マークの他にバーコード、バッドマーク等がある。

ここで、基板マークは、搬送されてきた基板の基準位置からの歪み（ずれ）を補正するために複数コーナ（この例では３コーナ）に設けられるもので、その種類を図５（Ｂ）に例示する。

バーコードは、搬送されてきた基板を認識するためや、該基板に適用される生産プログラムを示すためのもので、図５（Ｃ）に示すような二次元や三次元のものがある。

又、バッドマークは、電子部品を実装しないことを表すものであり、種類としては基板バッドマークとエリアバッドマーク（回路バッドマーク）がある。ちなみに、前記図５（Ａ）では、破線矩形で示す２つのエリアでは、左側は点線で位置を示すようにバッドマークが無い。一方、右側にはバッドマークがあるため、左のように電子部品Ｐが実装されず、電極部のみの状態になっている。又、バッドマークはユーザが任意に決めるものであるため、その種類の一例を図５（Ｄ）に示すように、右端のような手書きのものもある。

本実施形態の基板生産ラインでは、基板マークの画像認識を例に説明すると、同一の基板上に１台目の表面実装装置１Ａから順番に電子部品を正確に実装しなければならないため、各表面実装装置に搬入され、位置決めされた基板上の基板マークを、輪郭が明瞭な画像として取込む必要がある。そのためには、いずれの表面実装装置１においても基板マークをカメラ１７で撮像する際に使用する照明には、適切な明るさ（照度）を設定する必要がある。

ところが、表面実装装置は機種毎に備えている照明装置が違ったり、機種が同一でも経時的な劣化等で、同一の設定値を選択したとしても照度が違ったりする。

そこで、本実施形態では、生産を開始する前の準備段階で、同一基板上の基板マークを全ての表面実装装置で明瞭に撮像できるようにするために、前記サーバ３は、各表面実装装置（機種）毎の照明設定値の相関テーブルを備えている。

この機種毎の照明設定値の相関テーブルとは、機種ごとに備えている照明装置が違う場合でも、各表面実装装置毎に同じ照度（照明条件）に設定できるようにすることを目的として、各表面実装装置間でそれぞれ同一照度に調整する際に対応する照明設定値を検索する際に使用することができる照明設定値（パラメータ）の相関データである。

図６には、機種Ａ、Ｂ、Ｃについての照明設定値の相関テーブルの一例を示す。これらの各データは、各表面実装装置の照明を点灯し、それぞれ同一の照度（明るさ）に調整するために各装置に設けられている設定手段（図示せず）に設定するパラメータである。この０から１００％の数値で表されるパラメータを設定することは、照明点灯用の電流値を調整していることに相当するが、機種毎に性能等が微妙に異なるため、実際に照明を点灯して照度を測定する等により予め求めて相関データとして作成しておく。

又、前記サーバー３は、照明一括制御機能（照明一括制御手段）を有し、該照明一括制御機能（照明一括制御手段）は、任意の表面実装装置について照明をパラメータで設定すると、前記サーバー３の前記相関テーブルを検索し、他の表面実装装置に対して自動的に対応する照明設定値（パラメータ）を設定する。

例えば、機種Ａを設定値５０％に手動設定すると、機種Ｂと機種Ｃにはそれぞれ５５％が自動的に設定される。

ここで行う照明の手動設定は、表面実装装置において実際にカメラ１７により基板マークを撮像し、それを表示装置３１で図７に示す照度調節画面の画像領域に表示させて行う。

画面上に白丸からなる基板マークが表示されると、右側の設定領域の位置決めボタンを押して位置決めモードにした後、４方向キーを使って基板マークを移動させ、その中心を画像領域の中心に一致させる。

次いで、照明設定ボタンを押して設定モードに変更した後、上下方向キーを使って前記％パラメータを上下させて照明の照度を調節し、基板マークが鮮明な状態になったらＥｎｔｅｒキーを押して設定する。

又、前記テーブルに該当するデータがない場合、例えば機種Ｃを設定値７３％に手動で設定した場合には、次式
Ｘ＝（テーブル内で手動設定値に一番近い値）−（手動設定値）
により差分Ｘを求め、他の機種Ａ、Ｂについても手動設定値に一番近い値から差分Ｘを引いた値を設定する。

即ち、手動設定値が７３％であれば、Ｘ＝７５％−７３％＝２％であるため、機種Ａ、機種Ｂに対しては、同列の設定値から７０％−２％＝６８％、７７％−２％＝７５％の各値を、それぞれ送信して自動設定する。

以上の構成において、図８のフローチャートに従って、下段伝播方式を使用する第１の実施例について説明する。

ここで下段伝播方式とは、先頭の表面実装装置に対する照度の設定を、それより後ろに並べられた表面実装装置に伝播させる設定方法である。従って、生産前準備として全ての表面実装装置の照明装置について照度を合わせておく必要がなく、生産動作の流れとして新しい基板が搬送されてきた場合に照明の照度を設定することができる。

まず、照明一括制御手段において、下段伝播方式を設定する（ステップ１）。

次いで、先頭の表面実装装置に基板が搬送されると（ステップ２）、その先頭の表面実装装置の搭載ヘッド部１３がマーク位置に移動し、照明を予め設定されている基準照度で点灯する（ステップ３）。

先頭の表面実装装置のカメラで撮像されたマークが画面に表示されるので、前述したようにユーザが照明の手動設定を画面上で行う（ステップ４）。

ユーザがＥｎｔｅｒキーを押して決定すると、照明一括制御手段がステップ４で手動設定された照明の設定値を取得する（ステップ５）。

次いで、この照明一括制御手段が、上記ステップ５で取得した照明の設定値を基に、２台目以降の表面実装装置の照明の設定値をサーバ３が持っている前記照明データテーブルから検索する（ステップ６）。

その後、照明一括制御手段が前記２台目以降の表面実装装置に、上記ステップ６で検索した照明の設定値を送信すると（ステップ７）、２台目以降の表面実装装置が取得した照明の設定値を順次自動設定する（ステップ８）。

以上説明したように、本実施例によれば以下の効果が得られる。

（１）先頭の表面実装装置の照明手動設定を行うことにより、２台目以降の表面実装装置の照明の自動設定を行うことができるので、生産前準備の手間と時間が大幅に削減できる。

（２）先頭の表面実装装置の照明に対する手動設定の設定値を元に、２台目以降の表面実装装置の照明の設定値をサーバが持っている照明データテーブルから検索するので、従来の表面実装装置に対して個々に手動設定した場合に発生する照明設定の個人差による認識誤差を減少させ、認識エラーの防止につなげることができる。

次に、図９のフローチャートに従って、本発明に係る第２実施例として、全伝播方式を取り入れた場合について説明する。

ここで、全伝播方式とは、表面実装装置の設定をライン上の前後に関係なく伝播を行える方式である。この全伝播方式を用いることで、最初に照明の手動設定を行う表面実装装置が先頭でなくてもよくなる。そのため、基板マークの認識エラーが発生しやすい特定の表面実装装置がある場合に、その特定の表面実装装置の照明の照度に合わせて設定することができる。

まず、照明一括制御手段において、全伝播方式を設定する（ステップ１１）。

次いで、２台目以後の任意の表面実装装置に基板が搬送されると（ステップ１２）、２台目以後の表面実装装置の搭載ヘッド部１３がマーク位置に移動し、照明を予め設定されている基準照度で点灯する（ステップ１３）。

２台目以後の表面実装装置のカメラで撮像されたマークが画面に表示されるので、前述したようにユーザが照明の手動設定を画面上で行う（ステップ１４）。

ユーザがＥｎｔｅｒキーを押して決定すると、照明一括制御手段がステップ１４で手動設定された照明の設定値を取得する（ステップ１５）。

次いで、この照明一括制御手段が、上記ステップ１５で取得した照明の設定値を基に、手動設定していない残りの表面実装装置の照明の設定値をサーバ３が持っている前記照明データテーブルから検索する（ステップ１６）。

その後、照明一括制御手段が前記残りの表面実装装置に、上記ステップ１６で検索した照明の設定値を送信すると（ステップ１７）、これら残りの表面実装装置が取得した照明の設定値を自動設定する（ステップ１８）。

（１）２台目以後の任意の表面実装装置の照明手動設定を行うことにより、残りの表面実装装置の照明の自動設定を行うことができる。

（２）従って、２台目以後の表面実装装置で照明装置の劣化に伴う照度不足によってマーク認識エラーが発生したために生産ラインが停止した場合には、該エラーが発生した表面実装装置について手動設定により再調整し、残りの表面実装装置について自動設定することにより、エラー対応が可能となる。

なお、前記実施形態では照明条件が照度である場合を説明したが、これに限らず実際にカメラで撮像した画像上で適切なコントラストに調整できた照明条件としてもよい。

又、前記実施形態では、照明一括制御手段において、下段伝播方式と全伝播方式をそれぞれ設定する場合を示したが、常時は下段伝播方式が設定され、認識エラーが発生した場合は自動的に全伝播方式に切り換えるようにしてもよい。

１…表面実装装置
３…サーバ
１０…基板
１３…搭載ヘッド部
１３ａ…吸着ノズル
１２…Ｘ軸移動機構
１４…Ｙ軸移動機構
１７…基板認識装置（カメラ）

Claims

一列に並べられた複数の表面実装装置と、各表面実装装置をそれぞれ管理するサーバとを備えた複数の表面実装装置からなる基板生産ラインにおいて、
前記各表面実装装置は、搬入された基板上の対象物を撮像する基板撮像手段と、該基板撮像手段により該対象物を撮像する際に点灯する照明手段とを備え、
前記サーバは、各表面実装装置が備えている各照明手段を前記対象物に対して同一の照明条件に設定できるように各表面実装装置の照明設定値が互いに対応して格納されている相関テーブルと共に、任意の表面実装装置において特定の照明条件に対応する照明設定値を設定すると、残りの表面実装装置に対してそれぞれ対応する照明設定値を前記相関テーブルで検索し、前記対象物に対して同一の照明条件に設定する照明設定値を該残りの表面実装装置に対して設定する照明一括制御手段を有しており、
該照明一括制御手段は、前記任意の表面実装装置において設定された照明設定値が前記相関テーブルに格納されていない場合には、該任意の表面実装装置で設定された照明設定値を該照明設定値に最も近い該相関テーブルに格納されている近似照明設定値から減算した差分を求め、前記残りの表面実装装置に対して、該近似照明設定値に対応する対応照明設定値をそれぞれ求めたうえで、該対応照明設定値から該差分をそれぞれ減算した照明設定値を設定することを特徴とする複数の表面実装装置からなる基板生産ライン。
前記照明一括制御手段が、前記基板生産ライン先頭の表面実装装置において特定の照明条件に対応する照明設定値を設定すると、前記相関テーブルにおいて２台目以降の表面実装装置に対してそれぞれ対応する照明設定値を順次検索し、同一の照明条件に設定する下段伝播方式を採用することを特徴とする請求項１に記載の複数の表面実装装置からなる基板生産ライン。
前記照明条件が照度であることを特徴とする請求項１に記載の複数の表面実装装置からなる基板生産ライン。