JP2006013120A - 不具合原因究明システム - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の製品を連続して加工する際に発生する不具合の発生原因を安価な装置を用いて効率的に究明可能とするシステム、及び方法を提供する。
【解決手段】 加工動作を高速度撮影して得られた連続画像を一時的に保存し、加工後の製品を撮像して予め認識されている良品の画像と前記撮像画像とを比較して不具合の有無を判断し、不具合が見つかれば前記一時的に保存した連続画像を継続保存して不具合原因の究明に供し、不具合が見つからない場合は前記連続画像を消去可能とし、これにより限られた記憶容量で継続して連続画像の取得を可能にする。加工時の画像を状態撮影カメラ２１で取得し、加工後の画像を検査カメラ２３で取得し、コントローラ２５が不具合有無の判断と、画像の保存又は消去の判断と、全体の制御とを行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動又は半自動により複数個の製品を連続して加工又は組み付けする際に発生する不具合の原因究明をより確実に行うことを可能とする不具合原因究明システム、及び不具合原因究明方法に関する。当該システム及び方法は、部品実装装置、自動組み付け装置、自動加工機などの各種装置における加工／組み付け時の不具合原因究明に利用することができる。

複数個の製品を連続して加工又は組み付けする各種自動装置、又は半自動装置が広く使用されている。一般にこのような装置では、高速度で装置なり工具なりが連続的に動作して加工／組み付けを行うため、その間の動作が所定通りであったかどうかを逐一把握するには困難が伴う。不具合がかなり高い頻度で発生する場合は格別困難ではないとしても、例えば１週間に１個の不具合が発生するかしないかの低い不具合発生頻度である場合には、通常は不具合対策を講ずるまでもなく、当該不良品を排除して加工を継続するのが一般である。これは、例えば操業を停止して対策を行うために要する労力と機会損失に比較し、不良品を排除することの方がより有利であるとの費用対効果の観点による。

しかしながら、昨今の市場で要求される製品は加工付加価値が高まる一方であり、たとえ小さな製品であっても多機能を凝縮して備えているものも多く、これに伴って各製品の単価も上昇している。したがって、不良品を排除することによる損失も無視できなくなってきており、この傾向は今後とも継続することが予想され得る。加えて、資源の有効活用、及び廃材の廃棄によって生ずる環境汚染の回避といった観点からも、安易な不良品廃却の方向は見直されつつあるのが現状である。

連続自動操業される装置の例として、回路基板に電子部品などの部品を連続的に実装する部品実装装置を取り上げて説明する。図５は、部品実装装置の１例を示す。図において、部品実装装置１は、実装すべき部品１１を供給する部品供給部２と、部品供給部２から部品１１を取り出して回路基板８に実装する部品吸着ノズル３を装着した実装ヘッド４と、実装ヘッド４を所定位置に搬送するロボット５と、部品吸着ノズル３に保持された部品１１を撮像する撮像装置６と、部品実装装置１に回路基板８を搬入して保持する基板搬送保持部７と、部品実装装置１全体の動作を制御する制御装置９とから構成されている。

以上の構成にかかる部品実装装置１の動作時、部品供給部２の真上に移動した実装ヘッド４が、部品吸着ノズル３を下降させて部品１１を吸着して取り出す。次に実装ヘッド４は、部品１１を保持したままロボット５によって撮像装置６に対向する位置に搬送され、撮像装置６が部品吸着ノズル３に吸着保持された部品１１を撮像する。撮像された画像に基づいて部品１１の位置、角度のずれ量が計測され、実装ヘッド４は、制御装置９の指令に基づいて前記ずれ量を補正して回路基板８の所定位置に前記部品１１を実装する。部品実装装置１は一般に複数の部品吸着ノズル３を利用して以上の動作を連続的に繰り返し、例えば一枚の回路基板８に数十個から百個、あるいはこれ以上の部品を実装する。一枚の回路基板８への部品実装が完了すると次の回路基板８を搬入し、これまでの動作を繰り返す。通常はこの一連の動作を自動により連続して行う。

なお、図５に示す部品実装装置１には、小物部品を供給するパーツカセット式の部品供給部２のほかに、ＢＧＡ（ball grid array）やＱＦＰ（quad flat package）などの大物部品を供給するトレイ式の部品供給部１０を備えている。実装ヘッド４は、双方の部品供給部２、１０から選択的に部品を取り出して実装可能なよう構成されている。一般に図５に示すような形式の部品実装装置１は多機能機と呼ばれる。これに対し、回路基板８を搭載した基板搬送保持部７の方が移動して回路基板８を実装位置に位置決めし、垂直軸周りを複数の部品吸着ノズルが間歇移動してチップ部品と呼ばれる小物部品を中心に実装する形式の部品実装装置を高速機と呼んでいる。

図５では部品実装装置１のみを単独で示しているが、一般に部品実装装置１に搬入される回路基板８は、事前にクリーム半田印刷装置にて回路基板８の表面にクリーム半田が印刷され、部品実装の後には必要に応じて他の部品実装装置にて追加の部品が実装されるなどした後、半田リフロー装置にて前記クリーム半田を溶融させて部品実装を完了する。この間、回路基板８は、各装置間をつないだコンベアなどの搬送装置によって断続的に搬送される。

昨今の部品実装技術分野では、電子機器の要求機能の増大と高度化、小型軽量化の要請などのためにより小型の部品をより多く、より高い精度で実装することが求められている。しかしながら連続して高速で実装を行う部品実装装置においては、たとえ僅かな発生率であるにせよ部品実装時に部品のずれや欠品などの不具合が生じ得る。不具合の原因としては、実装時に部品１１が部品吸着ノズル３から分離せずに実装不能となる部品持ち帰り、実装前に部品１１が部品吸着ノズル３から落下して失われる部品の脱落、実装時に部品吸着ノズル３が所定の高さで動作しないことにより生ずる実装高さ不良など、多岐にわたる。

従来では、上述した部品実装ラインの最終工程に認識カメラを設け、認識カメラで撮像した回路基板の画像と、予め認識された画像とを比較して両者間に差異が見られた場合に当該回路基板を不良と判断してラインから排除するのが一般であった。しかしながらこの方法によれば、リフロー工程完了後となるため、半田接合後の部品が回収不能となるなどの無駄が生じていた。また、不具合製品は排除されるものの、不具合原因を検出するまでには至らなかった。

これまで実装不具合の原因究明を行う場合、部品吸着ノズル３による部品実装が行われている状況をビデオカメラで連続的に撮影して分析するか、あるいは不具合原因検出のための専用の設備を設ける（例えば、特許文献１、２参照。）などの対応が考えられた。
特開平１１−９６４８９号公報 特開平７−９８２１７号公報

しかしながら、上述の実装不具合の原因を究明する方策には問題があった。まず、部品実装が行われている状況をビデオカメラで連続的に撮像する場合、不具合発生のタイミングが不明のまま撮像を行わざるを得ない。上述したような部品ずれ、欠品などの不具合は、連続生産時においても例えば１週間に１個発生するかしないかの発生率であることが多い。原因究明のためのビデオカメラの撮像が通常は高速度撮影とよるものである点などを考慮すると、記録された画像を例えば莫大なメモリを備えた記録媒体に移し換えるなど、高価となるハード面の対応と長時間の労力が必要とされる。しかも、この撮影を行う間に確実に不具合が発生するという保証はなく、全てが無駄な努力に帰することも十分に予想され得た。

また、特許文献１、２に示すような不具合原因を追求するための大掛りな設備を設ける施策によれば、当然ながら多額の費用を必要とし、費用対効果を考えた場合に加工業者は二の足を踏むこととなり、特に小規模の加工業者にはこのような設備投資を行うこと自体が検討の対象とはなり難い。したがって、多くの加工業者にとっては、上述したようにある程度の頻度で不具合品が発生したとしても、これを発見して排除することにより対処しているのが現状である。

しかしながら上述のように回路基板、部品の高付加価値化に伴って廃却によるコスト損失が増大する傾向にあり、加えて、たとえ低い発生頻度であったとしてもその不具合原因を究明して対策を講ずることが製品品質の向上と安定化の観点からは好ましい。したがって市場においては、発生頻度は低くともその不具合原因の究明を可能にし、取り扱いが容易で安価な設備を使用したいとするニーズが存在していた。また、部品実装の不具合に限らず、例えば自動組み付け装置、多軸自動加工盤による加工など、複数の製品を連続して加工／組み付けする分野においても同様のニーズが存在していた。

以上より、本発明は上述のような市場のニーズに鑑み、比較的簡素な設備でありながら加工不具合が生じた場合にその原因を遡って究明することを可能にする不具合原因究明システムを提供し、従来の問題点を解消することを目的とする。

本発明は、加工動作を高速度撮影して得られた連続画像を一時的に保存し、加工後の製品を検査して不具合の有無を判断し、不具合が見られた場合には前記一時的に保存した連続画像を継続保存して不具合原因の究明に供し、不具合が見つからない場合には前記連続画像を消去可能とし、これにより限られた記憶容量で継続して画像取得を可能にする不具合原因究明システム及び方法を提供することによって上述した目的を達するもので、具体的には以下の内容を含む。

すなわち、本発明に係る第１の態様は、複数個の製品を連続して加工する際の不具合発生原因を究明する方法であって、各製品の加工時における動作の連続画像を取得して一時的に保存し、加工後の前記製品の不具合の有無を検査し、前記検査で不具合が見つからない製品に係る前記一時的に保存された連続画像は消去可能とし、前記検査で不具合が見つかった製品に係る前記一時的に保存された連続画像は継続保存して不具合原因究明に供し、前記消去可能となった記憶容量を以降の製品に係る連続画像の取得に利用することによって限定された記憶容量を備えながら連続して加工される複数個の製品の各連続画像を継続して取得可能としたことを特徴とする不具合原因究明方法に関する。

前記連続画像の一時的な保存は、不具合検査完了時までとすることができる。前記加工時に取得される画像は、高速度撮影による連続画像とすることができる。また、前記不具合の有無を検査する方法は、前記加工後の製品を撮像し、当該撮像画像と予め認識された良品の画像とを比較して判断するものとすることができる。

前記加工は、回路基板に部品を実装する部品実装とすることができる。この場合、画像取得される前記部品実装の動作は、部品吸着ノズルが吸着した部品を回路基板に実装する際の部品実装動作、又は部品吸着ノズルが部品供給部から部品を吸着して取り出す際の部品取り出し動作のいずれかとすることができる。画像取得の対象となる部品吸着ノズルに識別マークを設け、当該識別マークが設けられた部品吸着ノズルのみを識別して画像取得することができる。

本発明に係る他の態様は、部品吸着ノズルを使用して回路基板に部品を実装する部品実装時の不具合発生原因を究明する方法であって、実装位置に回路基板が位置決めされたことを検出し、実装動作を開始する部品吸着ノズルが撮影対象となる部品吸着ノズルであるかを識別し、前記部品吸着ノズルが撮影対象であると識別されたときに当該部品吸着ノズルによる部品実装動作を撮像して連続画像を取得し、前記取得された連続画像を一時的に保存し、部品実装完了後に搬送される回路基板が撮像位置に到着したことを検出し、前記回路基板に実装された検査対象となる領域を撮像し、前記撮像結果と予め入力されていた良品の画像とを比較して不具合の有無を判断し、前記判断により不具合が発見された場合に前記一時的に保存された当該部品実装時の連続画像を継続保存して不具合原因の究明に提供可能とし、前記判断により不具合が発見されない場合に前記一時的に保存された連続画像を消去可能として当該記憶容量をそれ以降に加工される製品の実装動作の画像取得に利用する各ステップから構成されることを特徴とする部品実装不具合原因究明方法に関する。

本発明に係るさらに他の態様は、複数個の製品を連続して加工する際に発生する不具合の発生原因を究明するシステムであって、加工時の動作を撮影可能な位置に固定された状態撮影カメラと、前記加工時の撮影位置に製品が到達したことを検出する第１の位置検出センサと、加工後の製品を撮像可能な位置に固定された検査カメラと、前記加工後の製品が撮像位置に到達したことを検出する第２の位置検出センサと、全体の動作を制御するコントローラとを備え、前記コントローラが、前記状態撮影カメラにより取得された画像を一時的に保存する記憶部と、前記検査カメラにより撮像された画像を予め入力された良品の画像と比較して当該製品の不具合の有無を判断する判断部とを有し、前記判断部により不具合製品であると判断された場合、前記記憶部に一時的に保存されている当該製品に係る加工時の画像を継続保存して不具合原因の究明に供するよう構成され、前記判断部により良品であると判断された場合、前記記憶部に一時的に保存されている当該製品に係る加工時の画像を消去可能とするよう構成されていることを特徴とする不具合原因究明システムに関する。

前記記憶部は、前記状態撮影カメラによって取得された画像を少なくとも不具合検査完了時まで一時的に保存するよう構成することができる。前記状態撮影カメラは、高速度撮影により連続画像を取得可能に構成された状態撮影カメラとすることができる。

前記状態撮影カメラは、回路基板に部品を実装する際の部品実装動作を撮影するよう構成され、前記検査カメラは、回路基板に実装後の部品の実装状態を撮像するよう構成され、そして前記システム全体としては、部品実装の不具合原因究明に利用可能に構成されてもよい。この場合、前記状態撮影カメラは、部品を保持する部品吸着ノズルを利用して回路基板に部品を実装する際の部品実装動作、又は部品供給部に供給された部品を吸着して取り出す際の部品取り出し動作のいずれかを撮影するよう構成され得る。

前記部品吸着ノズルには、前記状態撮影カメラにより撮影される対象であることを示す識別マークを設けることができる。また、前記検査カメラは、部品実装後に次工程へ搬送される過程の回路基板を撮像するよう構成することができる。

前記不具合原因究明システムは、前記状態撮影カメラで撮影した画像を一時的に保存するための追加の記憶装置をさらに備えることができる。前記追加の記憶装置は、パーソナルコンピュータとすることができる。

本発明に係る不具合原因究明システムを使用することにより、不具合製品が見つかった場合に、当該製品が実際に加工された際の加工動作を分析することができ、不具合原因を簡素な設備によってより確実に検出することを可能にする効果がある。また、不具合原因が究明されれば、不具合発生の対策を講ずることで更なる不具合の発生を抑制でき、製品の廃却による無駄を排除しつつ製品品質の安定が得られ、かつ設備稼働率、生産性を高めることができる。当該システムは従来の不具合原因究明用の設備に対してはるかに安価で入手可能となるため、多くの加工業者にも利用可能となって資源の有効利用に資することができる。

本発明に係る不具合原因究明システム（以下、単に「究明システム」という。）及び不具合原因究明方法の実施の形態につき、図面を参照して説明する。従来技術で説明した構成要素と同一の要素に対しては同一の符号を用いるものとする。図１は、部品実装装置に適用された本実施の形態にかかる究明システム２０の全体概要を示している。図において本実施の形態にかかる究明システム２０は、部品実装の状況を撮影する状態撮影カメラ２１と、回路基板８が実装位置に位置決めされたことを検出する第１の位置検出センサ（実装位置検出センサ）２２と、部品実装後に部品が所定通りに実装されたかを検査するための画像を撮像する検査カメラ２３と、検査カメラ２３による撮像位置を検出する第２の位置検出センサ（撮像位置検出センサ）２４と、システム全体を制御するコントローラ２５とを備えている。図示の究明システム２０では、この他にディレイタイマ２７と、リレーボックス２８とを備えている。

一枚の回路基板８に実装される部品数は多数にのぼり、検査機による検査で、不具合部品が発見される。この不具合部品の発生原因究明のため、本願発明のシステムを用いる。本実施の形態では、対象となる部品を、当該部品１１を保持する部品吸着ノズル３を特定することによって特定している。状態撮影カメラ２１は、当該対象となる部品吸着ノズル３の部品実装位置を視野に入れる位置に固定され、また検査カメラ２３は、部品実装を終えた回路基板８が部品実装直後に搬送される際に前記対象となる部品１１を捉える位置に固定されている。部品実装装置１が図５に示すような多機能機の場合であっても、対象部品１１が特定されるとその実装位置も特定されることから、状態撮影カメラ２１もその実装位置を視野に入れて固定して配置することができる。高速機においては実装位置が予め一定箇所に定められているため、この場合にも状態撮影カメラを固定して配置することができる。

回路基板８への部品の実装動作は、まず、回路基板８が図１の右側からローダレール１３によって部品実装装置内に搬入され、実装テーブル１４によって実装位置に規制保持される。直後に回路基板８に対向する位置に移動した部品吸着ノズル３が下降し、部品１１を予め定められた実装位置に実装する。部品実装完了の後、部品吸着ノズル３が上昇して退避すると、回路基板８は実装テーブル１４さらにアンローダレール１５によって部品実装装置外に搬出され、次工程に向けてコンベア１６により図の左側へ搬送される。ここで、ローダレール１３、実装テーブル１４、アンローダレール１５は、部品実装装置１に含まれる基板搬送保持部７（図５参照）の構成要素であることが多い。

次に、本実施の形態にかかる究明システム１０の動作は、まず回路基板８が実装テーブル１４に搬入されて規制保持されたことを実装位置検出センサ２２が検出する。実装位置検出センサ２２からの信号に基づいて状態撮影カメラ２１が起動し、部品実装動作を行う部品吸着ノズル３がその視野に入った時点で、当該ノズル３が撮像対象のノズル３であるかどうかを識別する。対象となっている部品吸着ノズル３であることが識別されると、状態撮影カメラ２１は当該部品吸着ノズル３が下降して部品１１の実装を行う直前に高速度撮影を開始し、部品実装完了直後にその撮影を完了する。状態撮影カメラ２１による撮像対象となる部品吸着ノズル３の識別方法に関しては後述する。

部品実装動作の１サイクル（部品当たりの実装時間）は、前述した主に小物部品を実装する高速機で約０．１秒、主にＱＦＰ等の大型部品を実装する多機能機においても通常は０．５秒内外である。したがって実際に部品吸着ノズル３が部品実装する際の動作を撮影する時間は長くても０．１〜０．３秒ほどとなる。撮影により取得された画像はコントローラ２５へ送信される。コントローラ２５は限定された記憶容量の記憶部を有しており、例えば５秒分の撮影画像を不具合検査完了時まで一時的に記憶する容量の記憶部を備えていれば、１０個分強の部品の実装動作を撮像した画像を記憶することができる。

部品実装を終えた回路基板８を搬送するアンローダレール１５、コンベア１６の一連の搬送動作は、コントローラ２５からの指示に基いて行われ、リレーボックス２８がタイミング調整と同期化を図る。この間、コンベア１６で搬送中の回路基板８が撮像位置検出センサ２４によって検出される。この検出センサ２４からの信号に基づいて検査カメラ２３が起動し、回路基板８を撮像し、得られた画像をコントローラ２５に送信する。コントローラ２５は判断部を有しており、この判断部には良品の撮像画像が予め認識されている。前記判断部でこの良品の画像と前記撮像画像とが比較され、部品１１が所定通りに実装されており回路基板８が良品であると判断された場合、当該回路基板８は図示しない次工程であるリフロー加熱、又は更なる部品実装に搬送され、必要な加工が施される。

回路基板８が良品であることが判断されると、先に状態撮影カメラ２１により撮影された当該部品に係る実装動作の画像データは不要となり、消去が可能な状態となる。この不要となった画像を一時的に保存していた記憶容量は、次に搬入されて部品実装される回路基板８を撮影するために使用可能な状態となる。より具体的には、例えばコントローラ２５から当該画像データに対して消去可能である旨の情報を付加し（フラッグの付与など）、コントローラ２５はこの情報を認識することにより、必要に応じて任意のタイミングで当該画像データを消去する。

検査カメラ２３による撮像結果と予め認識されていた画像との間にアンマッチが見出された場合、コントローラ２５の判断部は当該回路基板８が不具合であると判断し、当該回路基板８をライン外に排除するよう指令を出す。この際、コントローラ２５は、状態撮影カメラ２１から送信されて一時的に保存された撮影画像の内、当該不具合を含む回路基板８の部品実装時における画像を継続して保存する。この保存は、それまで一時的に保存していたコントローラ２５の記憶容量をそのまま利用することでも、あるいはコントローラ２５自身が備えるＣＦ（compact flash）カードなどの他の記憶媒体や、パーソナルコンピュータなどの外部の記憶手段を利用することでもよい。画像を他の記憶媒体、記憶装置に移し変えた場合、コントローラ２５の記憶容量が元の状態に復帰するため、当該容量は以降に部品実装がされる他の回路基板８の実装動作撮影時に利用可能となる。

以上のようにして継続保存された不具合を含む回路基板８の実装時における撮影画像は、その後任意のタイミングで前記記憶媒体／記憶装置から取り出して不具合原因究明に使用することができる。撮影画像を高速度の連続画像としておくことで、実装動作の詳細な分析が可能となり、部品吸着ノズル３が実装動作をする際に部品１１が脱落したり、何らかの要因で部品１１にずれが生じたり、あるいは部品吸着ノズル３から分離されずにそのまま持ち帰ったりした状況を見出すことができる。

例えば、部品吸着ノズル３が部品１１を持ち帰ったことが不具合原因と分かれば、当該部品吸着ノズル３の先端部分へのクリーム半田などの異物付着、部品吸着ノズル３の先端部分の形状異常、実装時での部品吸着ノズル３からの正圧作動不良など、各種不具合要因が推定可能となり、これらの対策を行うことで更なる不具合の発生を抑制することができる。特定の原因に対する具体的な対応策などを予めマニュアル化してオペレータに配布するなどの処置を講ずれば、より効率的に対策を実施することが可能となる。

なお、不具合製品が発見されたときには、必要に応じて警告ランプを点灯してオペレータに異常を知らせ、あるいは生産ラインをストップする指令をコントローラ２５が発信することも可能である。

図２は、本実施の形態にかかる究明システム２０の各要素における動作タイミングチャートを示している。これら全体の動作はコントローラ２５によって制御される。図示の各要素において、上方位置にある間は当該要素が動作時であることを示し、下方位置は停止、又は待ち状態にあることを示す。図の上方から順に、まず回路基板８が所定位置に保持されたことを実装位置検出センサ２２が検出し、ディレイタイマ２７に信号を送る。ディレイタイマ２７は所定遅延時間を経過した後、トリガ信号を発して状態撮影カメラ２１を起動する。この時間遅延の間に、部品１１を保持した部品吸着ノズル３が所定の実装位置まで移動し、回路基板８に向けて下降を開始する。状態撮影カメラ２１は当該部品吸着ノズル３が撮影対象となるノズルであるか否かを識別し、撮影対象であることが識別されれば図の斜線部に示すように撮影を開始して当該部品吸着ノズル３による実装動作の連続画像を取得する。

図３は、撮影対象となる部品１１を保持した部品吸着ノズル３を識別するための１例を示している。対象となる部品吸着ノズル３には、図示のような三日月状の識別シール３１が貼付されている。この三日月状の識別シール３１は、特定の部品吸着ノズル３を識別するための手段の単なる１例であって、その他の形状の識別シール、あるいはシール以外であっても何らかの識別が可能なマークが設けられていれば良い。当該識別シール３１の形状はコントローラ２５によって予めパターン認識され、コントローラ２５は状態撮影カメラ２１の認識した識別シール３１を前記パターン認識結果と比較することによって当該部品吸着ノズル３が撮像対象であるか否かを識別する。この識別シール３１や他の識別マークの形状は、丸や矩形などのごく一般的な形状にした場合には誤認識を生じ易くなり、三日月状などの異形形状を認識パターンに使用することが好ましい。

図２に戻って、状態撮影カメラ２１は、識別シール３１を貼付した部品吸着ノズル３が回路基板８に接近する段階から部品実装を終えて退避するまでの間の実装動作を高速度（例えば100コマ／秒）で撮影し、この撮影された画像をコントローラ２５が一時的に保存する。この撮影画像の一時的な保存は基本的に不具合有無の検査時までの間であり、不具合が見出せない時点で保存不要となるものである。状態撮影カメラ２１は、撮影が完了すると休止状態に戻り、次の回路基板８を実装位置センサ２２が検出したときの信号を受信して再び識別シール３１の識別動作ほかの一連の動作を行い、以降これを繰り返す。

次に、状態撮影カメラ２１の撮像（及び、その他全ての部品１１の実装）が完了すると、搬送要求信号３２がコントローラ２５から指令され、ローダレール１３、実装テーブル１４、アンローダテーブル１５、コンベア１６が一斉に、若しくは順次に動作して回路基板８を順次搬送する。コンベア１６に搬送されて移動中の回路基板８が撮像位置検出センサ２４によって検出されると、その信号が検査カメラ２３に送信され、当該回路基板８に実装された検査対象となる部品１１が通過する瞬間に検査カメラ２３が動作してその部品１１が実装されている状態を撮像する。

前記画像はコントローラ２５に送信されて予め記憶された画像と比較され、部品１１に位置ずれや欠品などの不具合がなく、正しく実装されているか否かが判断され、正しく実装されていればコンベア１６によって次工程へと搬送される。この際、一時的に保存されていた当該回路基板８に係る画像は消去可能とされる。

一方、部品１１の実装に位置ずれや欠品などの不具合が検出されたときは、先に一時的に保存されていた画像を継続保存するための撮影画像保存処理指令２３が送られる。また、必要に応じて警報ランプ点灯３４などの指令、あるいは操業の一時停止などの指令を発することも可能である。

図２では一枚の回路基板８に対する特定の部品吸着ノズル３の実装動作に注目して各要素の１サイクル分の動作のみを順次表示したものであって、実際には各要素がそれぞれ連続してこの動作を繰り返している。この際には複数の要素、例えば実装位置検出センサ２２と撮像位置検出センサ２４とが、それぞれの動作を同時並行して実行している。

図４は、上述した本実施の形態にかかる不具合原因究明方法を部品実装に適用した場合の手順を示すフローチャートである。図において、左側のフローは実装画像取得段階における手順、右側のフローは不具合検査段階における手順をそれぞれ示している。まず、図の左側の実装画像取得段階において、ステップ＃１で部品実装装置１内に回路基板８が搬入され、ステップ＃２で実装位置に位置決めされた回路基板８が検出される。所定の遅延時間の後に状態撮影カメラ２１が動作し、ステップ＃３で三日月状シールなどの識別シール３１が貼付された部品吸着ノズル３が検出される。

ステップ＃４で識別シール３１が検出されると（Yes）、当該部品吸着ノズル３に保持されている部品１１が検査対象であることが識別され、ステップ＃５で状態撮影カメラ２１により連続画像が取得される。撮影動作が完了すると、ステップ＃６で当該回路基板８への全部品実装が完了したかがチェックされ、完了しておれば部品実装段階での手順は完了する。ステップ＃４で識別シール３１が検出されなければ（No）、ステップ＃５の連続画像取得はスキップされて次のステップ＃６に進む。これによって状態撮影カメラ２１による無駄な動作と記憶容量消費を防いでいる。ステップ＃８で全ての回路基板８への実装が未完了であれば、ステップ＃１に戻って新たな回路基板８に対して同様な手順が適用される。

次に、図の右側の不具合検査段階において、先のステップ＃７での回路基板８の搬送の際、ステップ＃１０で回路基板８が撮像位置を通過することが検出される。この検出信号を基に、ステップ＃１１で検査カメラ２３により検査対象部品１１の実装後の状態が撮像され、ステップ＃１２で撮像された画像がコントローラ２５に送られて予め認識された良品の画像と比較される。ステップ＃１３で実装不具合が確認されると（Yes）、ステップ＃１４で事前に撮影されていた画像がコントローラ２５の指示によって継続保存され、また、ステップ＃１５で当該回路基板８は不良として搬送工程外に撤去される。この際、必要であれば警報を発し、あるいは生産ラインを停止することもできる。

次に、ステップ＃１６で加工された全ての回路基板８の検査が完了したか否かが判断され、完了していなければステップ＃１０に戻って次の回路基板１０に対してこれまでと同じステップが繰り返される。完了していれば一連の手順は終了する。

ステップ＃１３で不具合が確認されなかった場合（No）、部品実装動作時の画像は保存不要となり、ステップ＃１４、＃１５がスキップされてステップ＃１６に進む。ステップ＃１４での画像保存がされないために画像は消去可能となり、当該記憶容量は以降の撮影に利用される。不具合原因究明には関係しないため図示されてはいないが、ステップ＃１３で良品であると判断された回路基板８は、次工程に向けて搬送される。

以上、本実施の形態の不具合原因究明システム及び不具合検出方法について図５に示すような多機能機の部品実装への適用を例に述べてきたが、勿論、これ以外の適用も可能である。まず、部品実装においてこれまでの説明では回路基板８に実装される多数の部品の内、特定の１部品のみを対象とした不具合発生原因究明を前提としている。このシステムを前述の高速機に適用する場合は、部品吸着ノズルの実装箇所は一定位置であること以外は変わるところは無い。また、撮影画像を一時的に保存するための記憶容量が不十分な場合、オプションとして記憶装置を追加することで対処することができる。この追加の記憶装置は、例えばパーソナルコンピュータとすることができる。状態撮影カメラ２１で撮影された画像は順次この追加の記憶装置に送られ、後に良品と判断された場合に画像消却が可能となることはこれまでと同様である。

次に、これまで述べたシステムでは部品実装段階での動作の記録を、部品実装直後の早い段階で利用可能かどうかを判断するものとしていた。これは不具合原因が発生した後、加工される回路基板８の数が少ない段階で不具合を発見できることから対応が迅速にできて好ましいが、本発明の適用はこれには限定されない。例えば、現在通常行われている最終製品となった段階で不具合を検査するカメラをそのまま使用し、新たに部品実装動作を撮影する状態撮影カメラ２１とコントローラ２５とを追加して組み合わせて使用することも可能である。この際、中間で搬送される回路基板８の増加により記憶容量が不足するようであれば、上述のオプションのように記憶装置を追加することで対応することができる。

さらに、部品吸着ノズル３による部品実装時の動作を撮影する代わりに、部品吸着ノズル３により部品供給部から部品を吸着して取り出す際の部品取り出し動作を撮像し、検査カメラ２３によって不具合が見出された場合に部品取出し段階における不具合発生の原因究明を行うこともできる。また、状態撮影カメラ２１、検査カメラ２３などの構成要素は、単独ででも使用可能である。例えば、部品実装装置では部品の認識を通常は回路基板８に実装される側の面（裏面）を撮像して行っている。この場合、例えば四角形状のＱＦＰなどの部品では部品吸着ノズル３によってそれが正しい向きに保持されているかは判断できない場合がある。状態撮影カメラ２１又は検査カメラ２３を利用して部品１１の表側の識別標識などを認識することとすれば、この判断を容易にすることができるようになる。

部品実装以外の分野においても、例えば複数の要素を搬入して１つの製品に組み付ける自動組み付け装置において不具合原因を究明するため、組み付け動作を撮影可能な位置に状態撮影カメラ２１を配置し、組み付け後に搬送されるワークを検出可能な位置に検査カメラ２３を配置してコントローラ２５と組み合わせて利用してもよい。同様に、例えば多軸自動加工盤で製品を連続高速自動機械加工する場合では、機械加工動作を撮影する位置に状態撮影カメラ２１を、加工後の搬送段階に検査カメラ２３をそれぞれ配置するなどにより適用することもできる。

この場合、図３に示す識別シール３１のような識別マークは、例えば自動組み付け装置で特定の部品の組み付けを行う組み付け具、あるいは多軸自動盤で特定の加工を行う工具など、特定の加工／組み付け動作を行う対象物に対して貼付することができる。なお、本明細書では、部品実装、組み付け、機械加工などを含めて「加工」と呼ぶものとする。

以上、及びその他の本発明にかかる不具合原因究明システム／方法の利点をまとめれば以下のようになる。
１．不具合となった製品自身の加工時の動作を遡って分析可能
一時的に保存された画像は不具合製品が加工された時の動作そのものを撮影している。したがって、いつ不具合が発生するか不明な状態で撮影する場合と異なり、無駄な撮影をすることなく有効な不具合発生原因究明が可能となる。
２．限定された記憶容量で連続加工される製品の画像を継続取得可能
加工後の検査で良品であると判断されれば、一時的に保存された画像の消去が可能となる。これを有効活用することによって例えば５秒分程度の僅かな記憶容量で継続した画像取得が可能となる。必要であればオプションの外部記憶装置も利用可能である。
３．システム全体がコンパクト、ポータブルに構成可能
大掛りな専用装置ではなく、既存機器を組み合わせることによってあらゆる装置に容易に取り付け、取り外し可能な構成とすることができる。
４．安価なシステム構成
状態撮影カメラ、検査カメラ、コントローラ、センサはいずれも汎用性のあるものでよい。特に状態撮影カメラは撮影箇所が一定に定まるために固定して使用することができ、極めて簡素な構造のカメラが利用可能である。システム全体で見た場合、例えば専用究明装置を用いる場合と比較すれば数分の１以下のコストに抑えることができる。
５．システムの高い有用性
複数の製品を連続して加工するあらゆる装置への適用が可能である。また、システムの各構成要素を単独で他の用途に使用することもできる。

本発明に係る不具合原因究明システムは、例えば部品実装、自動組み付け、自動加工などの、複数の製品を連続して加工、組み付けを行う製造、加工分野において広く利用することができる。

本発明に係る実施の形態の不具合原因究明システムを示す構成図である。 図１に示す不具合原因究明システムのタイミングチャートである。 不具合原因究明の対象となる要素を識別するための識別マークの例を示す説明図である。 本発明に係る実施の形態の不具合原因究明方法の手順を示すフローチャートである。 部品実装装置の概要を示す斜視図である。

符号の説明

３．部品吸着ノズル、 ７．基板搬送保持部、 ８．回路基板、 １１．部品、 １３．ローダレール、 １４．実装テーブル、 １５．アンローダレール、 １６．コンベア、 ２０．不具合原因究明システム、 ２１．状態撮影カメラ、 ２２．第１の位置検出センサ（実装位置検出センサ）、 ２３．検査カメラ、 ２４．第２の位置検出センサ（撮像位置検出センサ）、 ２５．コントローラ、 ２７．ディレイタイマ、 ２８．リレーボックス、 ３１．識別シール、 ３２．搬送要求信号、 ３４．警告ランプ。

Claims (18)

1. 複数個の製品を連続して加工する際の不具合発生原因を究明する方法であって、
   各製品の加工時における動作の連続画像を取得して一時的に保存し、
   加工後の前記製品の不具合の有無を検査し、
   前記検査で不具合が見つからない製品に係る前記一時的に保存された連続画像は消去可能とし、
   前記検査で不具合が見つかった製品に係る前記一時的に保存された連続画像は継続保存して不具合原因究明に供し、
   前記消去可能となった記憶容量を以降の製品に係る連続画像の取得に利用することによって限定された記憶容量を備えながら連続して加工される複数個の製品の各連続画像を継続して取得可能としたことを特徴とする不具合原因究明方法。
2. 前記連続画像の一時的な保存が、当該製品の不具合検査完了時までの保存であることを特徴とする、請求項１に記載の不具合原因究明方法。
3. 前記加工時に取得される画像が、高速度撮影による連続画像であることを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の不具合原因究明方法。
4. 前記不具合の有無を検査する方法が、前記加工後の製品を撮像し、当該撮像画像と予め認識された良品の画像とを比較して判断するものであることを特徴とする、請求項１に記載の不具合原因究明方法。
5. 前記加工が、回路基板に部品を実装する部品実装であることを特徴とする、請求項１から請求項４のいずれか一に記載の不具合原因究明方法。
6. 画像取得される前記部品実装の動作は、部品吸着ノズルが吸着した部品を回路基板に実装する際の部品実装動作、又は部品吸着ノズルが部品供給部から部品を吸着して取り出す際の部品取り出し動作のいずれかであることを特徴とする、請求項５に記載の不具合原因究明方法。
7. 前記画像取得の対象となる部品吸着ノズルに識別マークを設け、当該識別マークが設けられた部品吸着ノズルを識別して画像取得することを特徴とする、請求項６に記載の不具合原因究明方法。
8. 部品吸着ノズルを使用して回路基板に部品を実装する部品実装時の不具合発生原因を究明する方法であって、
   実装位置に回路基板が位置決めされたことを検出し、
   実装動作を開始する部品吸着ノズルが撮影対象となる部品吸着ノズルであるかを識別し、
   前記部品吸着ノズルが撮影対象であると識別されたときに当該部品吸着ノズルによる部品実装動作を撮像して連続画像を取得し、
   前記取得された連続画像を一時的に保存し、
   部品実装完了後に搬送される回路基板が撮像位置に到着したことを検出し、
   前記回路基板に実装された検査対象となる領域を撮像し、
   前記撮像結果と予め入力されていた良品の画像とを比較して不具合の有無を判断し、
   前記判断により不具合が発見された場合に前記一時的に保存された当該部品実装時の連続画像を継続保存して不具合原因の究明に提供可能とし、
   前記判断により不具合が発見されない場合に前記一時的に保存された連続画像を消去可能として当該記憶容量をそれ以降に加工される製品の実装動作の画像取得に利用する各ステップから構成されることを特徴とする部品実装不具合原因究明方法。
9. 部品供給部に供給された部品を取り出し、回路基板の実装位置に前記部品を実装する部品実装方法において、
   部品実装時の不具合発生原因を究明するため、請求項８に記載の部品実装不具合原因究明方法を利用することを特徴とする部品実装方法。
10. 複数個の製品を連続して加工する際に発生する不具合の発生原因を究明するシステムであって、
    加工時の動作を撮影可能な位置に固定された状態撮影カメラと、
    前記加工時の撮影位置に製品が到達したことを検出する第１の位置検出センサと、
    加工後の製品を撮像可能な位置に固定された検査カメラと、
    前記加工後の製品が撮像位置に到達したことを検出する第２の位置検出センサと、
    全体の動作を制御するコントローラとを備え、
    前記コントローラが、
    前記状態撮影カメラにより取得された画像を一時的に保存する記憶部と、
    前記検査カメラにより撮像された画像を予め入力された良品の画像と比較して当該製品の不具合の有無を判断する判断部とを有し、
    前記判断部により不具合製品であると判断された場合、前記記憶部に一時的に保存されている当該製品に係る加工時の画像を継続保存して不具合原因の究明に供するよう構成され、
    前記判断部により良品であると判断された場合、前記記憶部に一時的に保存されている当該製品に係る加工時の画像を消去可能とするよう構成されていることを特徴とする不具合原因究明システム。
11. 前記記憶部が、前記状態撮影カメラにより取得された画像を少なくとも不具合検査完了時まで保存するよう構成されていることを特徴とする、請求項１０に記載の不具合原因究明システム。
12. 前記状態撮影カメラが、高速度撮影により連続画像を取得可能に構成された状態撮影カメラであることを特徴とする、請求項１１又は請求項１２に記載の不具合原因究明システム。
13. 前記状態撮影カメラが、回路基板に部品を実装する際の部品実装動作を撮影するよう構成され、
    前記検査カメラが、回路基板に実装後の部品の実装状態を撮像するよう構成され、
    前記システムが、部品実装の不具合原因究明に利用可能に構成されていることを特徴とする、請求項１０から請求項１２のいずれか一に記載の不具合原因究明システム。
14. 前記状態撮影カメラが、部品を保持する部品吸着ノズルを利用して回路基板に部品を実装する際の部品実装動作、又は部品供給部に供給された部品を吸着して取り出す際の部品取り出し動作のいずれかを撮影するよう構成されていることを特徴とする、請求項１３に記載の不具合原因究明システム。
15. 前記部品吸着ノズルが、前記状態撮影カメラにより撮影される対象であることを示す識別マークを設けていることを特徴とする、請求項１４に記載の不具合原因究明システム。
16. 前記検査カメラが、部品実装後に次工程へ搬送される過程の回路基板を撮像するよう構成されていることを特徴とする、請求項１３に記載の不具合原因究明システム。
17. 前記状態撮影カメラで撮影した画像を一時的に保存する追加の記憶装置をさらに備えていることを特徴とする、請求項１０又は請求項１１に記載の不具合原因究明システム。
18. 前記追加の記憶装置が、パーソナルコンピュータであることを特徴とする、請求項１７に記載の不具合原因究明システム。
    
    

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