JP2009004663A - 電子部品の装着座標作成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】作業者に手間を掛けさせることなく、電子部品の装着座標を精度高く作成すること。
【解決手段】プリント基板上の装着座標を作成したい電子部品を選択して、選択された電子部品に対応するランドの情報に基づいてランドを及び部品情報に基づいて電子部品のグラフィックをモニター３３にそれぞれ表示させ、対応させようとするランド位置に合わせて電子部品のグラフィックをある程度重ね合わせておき、電子部品の部品情報及び前記モニター３３に表示された電子部品のグラフィックの位置からリードの位置とサイズを求め、リードと重なっていたり、リードに含まれていたり、リードを含んでいるランドを検索し、全てのリードとランドの相関が取れたら各リード及び各ランドの中心位置をそれぞれ求め、各リードと対応する各ランドとが最も適合する位置を求めてプリント基板への電子部品の装着位置とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、電子部品の装着座標作成方法に関する。詳述すれば、プリント基板上に電子部品装着装置により装着される電子部品の装着座標作成方法に関する。

電子部品装着装置は、特許文献１などに開示されているが、一般にオフラインで電子部品の装着座標を作成している。この場合、オフライン或いは電子部品装着装置で所定の電子部品に対応するランドの情報に基づいてモニターに表示されたランドを背景として、当該電子部品のグラフィックをドラッグ＆ドロップしたり、又は方向キーで部品グラフィックのみを移動させることにより目合わせして、電子部品の装着位置を確定して作成している。
特開２００５−１３６２７６号公報

しかし、作業者が前述の目合わせを行って、電子部品の装着位置を確定して装着座標を作成しているものであるから、作業者の正確性の高い作業が要求されて手間が掛かり、また精度も高いものではなかった。

そこで本発明は、作業者に手間を掛けさせることなく、電子部品の装着座標を精度高く作成することを目的とする。

このため第１の発明は、電子部品の部品情報及びモニターに表示された電子部品のグラフィックの位置からリードの位置とサイズを求め、
リードと重なっていたり、リードに含まれていたり、リードを含んでいるランドを検索し、
全てのリードと前記モニターに表示されたランドの相関が取れたら各リード及び各ランドの位置をそれぞれ求め、各リードと対応する各ランドとが最も適合する位置を求めてプリント基板への電子部品の装着位置とする
ことを特徴とする。

第２の発明は、プリント基板上の装着座標を作成したい電子部品を選択して、選択された電子部品に対応するランドの情報に基づいてランドをモニターに表示させると共に部品情報に基づいて電子部品のグラフィックを前記モニターに表示させ、
対応させようとするランド位置に合わせて電子部品のグラフィックをある程度重ね合わせておき、
電子部品の部品情報及び前記モニターに表示された電子部品のグラフィックの位置からリードの位置とサイズを求め、
リードと重なっていたり、リードに含まれていたり、リードを含んでいるランドを検索し、
全てのリードとランドの相関が取れたら各リード及び各ランドの位置をそれぞれ求め、各リードと対応する各ランドとが最も適合する位置を求めてプリント基板への電子部品の装着位置とする
ことを特徴とする。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、最小二乗法により各ランドと各リードとの各距離の誤差の二乗和が最小となる位置を求めて、各リードと対応する各ランドとが最も適合する位置としてプリント基板への電子部品の装着位置とすることを特徴とする。

第４の発明は、第１又は第２の発明において、前記モニターに表示されたランドは、回路基板設計用のＣＡＤデータを基に作成されたものであることを特徴とする。

第５の発明は、第１又は第２の発明において、前記モニターに表示されたランドは、認識カメラにより撮像されたプリント基板のランドの画像を基に作成されたものであることを特徴とする。

本発明は、作業者に手間を掛けさせることなく、電子部品の装着座標を精度高く作成することができる。

以下、添付図面を参照して、電子部品装着装置について説明する。図１は電子部品装着装置の平面図であり、電子部品装着装置本体１は、機台２と、この機台２の中央部に左右方向に延在するコンベア部３と、機台２の前部（図示の下側）および後部（図示の上側）にそれぞれ配設した２組の部品装着部４、４および２組の部品供給部５、５とを備えている。そして、部品供給部５には、電子部品供給装置である複数本の部品供給ユニット６が着脱自在に組み込まれて電子部品装着装置が構成される。

前記コンベア部３は、中央のセットテーブル８と、左側の供給コンベア９と、右側の排出コンベア１０とを有している。プリント基板Ｐは、供給コンベア９からセットテーブル８に供給され、このセットテーブル８の上面にはプリント基板Ｐの下面を支持して水平となるように支持する複数のバックアップピン（図示せず）が抜き差し可能に設けられ、プリント基板Ｐの支持の際には不動に且つ所定の高さにセットされる。そして、電子部品の装着が完了した基板Ｐは、セットテーブル８から排出コンベア１０を介して下流側装置に排出される。

各部品装着部４には、ヘッドユニット１３を移動自在に搭載したＸＹステージ１２が配設されると共に、部品認識カメラ１４およびノズルストッカ１５が配設されている。ヘッドユニット１３には、電子部品を吸着および装着するための２の装着ヘッド１６、１６と、プリント基板Ｐの位置を認識するための１台の基板認識カメラ１７とが搭載されている。なお、通常、両部品装着部４、４のＸＹステージ１２、１２は交互運転となる。

前記各ＸＹステージ１２はＹ軸駆動モータ１２Ｙによりビーム１２ＡがＹ方向に移動し、Ｘ軸駆動モータ１２Ｘにより前記ヘッドユニット１３がＸ方向に移動し、結果としてヘッドユニット１３はＸＹ方向に移動することとなる。

各部品供給部５は、ユニットベース１９上に多数の部品供給ユニット６を、横並びに且つ着脱自在に備えている。各部品供給ユニット６には、多数の電子部品を一定の間隔で収容した収納テープＣが搭載されており、カバーテープが剥離された収納テープＣを間欠送りすることで、部品供給ユニット６の先端から部品装着部４に電子部品が１個ずつ供給される。

この電子部品装着装置本体１の記憶部に格納された装着データに基づく運転は、先ずＸＹステージ１２を駆動しヘッドユニット１３を部品供給ユニット６に臨ませた後、装着ヘッド１６を下降させてその吸着ノズル１８により所望の電子部品をピックアップする。続いて装着ヘッド１６を上昇させてから、ＸＹステージ１２を駆動して電子部品を部品認識カメラ１４の直上部まで移動させ、電子部品を撮像して認識処理装置２５で認識処理して吸着姿勢及び吸着ノズル１８に対する位置ずれを認識する。

次に、装着ヘッド１６をセットテーブル８上の基板Ｐの位置まで移動させ、基板認識カメラ１７でプリント基板Ｐに付された認識マークを撮像して前記認識処理装置２５で認識処理して基板Ｐの位置を認識した後、前記電子部品の認識処理結果及びプリント基板Ｐの認識処理結果に基づき、前記ＸＹステージ１２のＸ軸駆動モータ１２Ｘ、Ｙ軸駆動モータ１２Ｙ及び吸着ノズル１８のθ軸駆動モータ１８Ａを駆動させて補正移動させ、上下軸駆動モータ１８Ｂにて吸着ノズル１８を下降させて電子部品を基板Ｐに装着する。

次に、図２の電子部品装着装置本体１の制御ブロック図について説明する。２０は電子部品装着装置の電子部品の取出し及び装着に係る動作を統括制御する制御装置としてのＣＰＵ（セントラル・プロセッシング・ユニット）、２１は記憶装置としてのＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）と、２２はＲＯＭ（リ−ド・オンリー・メモリ）で、ＣＰＵ２０は前記ＲＡＭ２１に記憶されたデータに基づき、前記ＲＯＭ２２に格納されたプログラムに従い、電子部品装着装置の電子部品の取出し及び装着に係る動作についてインターフェース２３及び駆動回路２４を介して各駆動源を統括制御する。

２５はインターフェース２３を介して前記ＣＰＵ２０に接続される認識処理装置で、前記部品認識カメラ１４により撮像されて取込まれた画像の認識処理や前記基板認識カメラ１７により撮像されて取込まれた画像の認識処理が該認識処理装置２５にて行われ、ＣＰＵ２０に処理結果が送出される。即ち、ＣＰＵ２０は、部品認識カメラ１４に撮像された画像を認識処理（位置ずれ量の算出など）したり基板認識カメラ１７により撮像された画像を認識処理するように指示を認識処理装置２５に出力すると共に認識処理結果を認識処理装置２５から受取るものである。

即ち、前記認識処理装置２５の認識処理により位置ずれ量が把握されると、その結果がＣＰＵ２０に送られ、部品認識処理及び基板認識処理結果に基づき、ＣＰＵ２０はＸ軸駆動モータ１２Ｘ及びＹ軸駆動モータ１２Ｙの駆動によりＸＹ方向に吸着ノズル１８を移動させることにより、またθ軸駆動モータ１８Ａによりθ回転させ、Ｘ，Ｙ方向及び鉛直軸線回りへの回転角度位置の補正がなさ、上下軸駆動モータ１８Ｂにより下降してプリント基板Ｐ上に電子部品を装着するものである。

尚、前記部品認識カメラ１４より撮像された画像は表示装置としてのモニター２６に表示される。そして、前記モニター２６には種々のタッチパネルスイッチ２７が設けられ、作業者がタッチパネルスイッチ２７を操作することにより、種々の設定を行うことができる。

なお、前記ＲＡＭ２１には、部品装着に係る装着データが記憶されており、その装着順序毎（ステップ番号毎）に、プリント基板内でのＸ方向（Ｘで示す）、Ｙ方向（Ｙで示す）及び角度（Ｚで示す）情報や、各部品供給ユニット３の配置番号情報等が記憶されている。また前記ＲＡＭ２１には、部品配置データが記憶されており、これは前記各部品供給ユニット３の配置番号に対応して各電子部品の種類（部品ＩＤ）や該供給ユニット３の配置座標等が記憶されている。更には、各電子部品毎にこの電子部品の特徴である部品ライブラリデータが格納されている。

図３において、３０は電子部品装着装置本体１と独立して各電子部品の装着座標の自動教示を行って装着座標を作成するオフライン装着座標教示装置であるパーソナルコンピュータ（以下、「パソコン」という。）で、キーボード等の入力装置３１と、制御装置及び記憶装置としてのマイクロコンピュータ等を内部に備えたパソコン本体３２と、報知装置としてのモニター３３とを備える。前記パソコン本体３２に備えられたマイクロコンピュータのＲＯＭには、オフラインでの電子部品の装着座標の自動教示に係るプログラムが格納されている。

以上の構成により、以下オフラインでの電子部品の装着座標の自動教示について、図４乃至図１３に基づいて説明する。初めに、回路基板を設計する、例えば、ＣＡＤデータ（ガーバーデータ）を用い、パソコン３０のパソコン本体３２内の記憶装置としてのマイクロコンピュータやその他の内部メモリ等の記憶手段に、予めプリント基板上のランドの情報（位置、サイズ）をランドリストに記憶させておく。

そして、所定の装着順の電子部品の装着位置を含む予め設定された範囲のランドをランドの情報に基づいて表示する。そして、グラフィック表示された図５のランドＡ乃至Ｅの位置に対して、電子部品のグラフィックの位置が図５のような場合においては、電子部品の装着座標の自動教示が実行された場合、リードグラフィック（グラフィック表示されたリード）ＡＡがランドＡに、同じくＢＢがＢに、ＣＣがＤに対応させようとしているのか、ＡＡがＢに、ＢＢがＣに、ＣＣがＥに対応させようとしているのかが、パソコン本体３２のマイクロコンピュータでは判断できない。そこで、図６に示すように、オペレータは対応させようとするランド位置に電子部品のグラフィックをある程度重ね合わせておく。

即ち、入力装置３１を操作して電子部品の装着座標の自動教示モードを立ち上げ、同じく入力装置３１を操作して教示したい、即ちプリント基板上の装着座標を作成したい電子部品を選択する。すると、選択された電子部品に対応するランドの情報に基づいてランドを、及び選択された電子部品に対応する部品情報（当該電子部品のサイズや位置の情報）に基づいて電子部品のグラフィックをモニター３３にそれぞれ表示される。そして、入力装置３１のカーソルキーを操作して、対応させようとするランド位置に合わせて電子部品のグラフィックをある程度重ね合わせておく。

なお、ランドをグラフィック表示したとき、既に夫々がある程度重なっている場合は、オペレータによるカーソルキー操作による重ね合わせをしなくてもよく、又は既に十分重なっているときには、オペレータの判断によって以下の教示を行わない場合もある。

そして、入力装置３１の実行キー操作により教示を実行させると、図４のステップＳＴ１に示すように、パソコン本体３２のマイクロコンピュータは部品情報及び表示された電子部品のグラフィックの位置からリードグラフィックＡＡの位置とサイズを求める。

これを求めると、ステップＳＴ２に示すように、マイクロコンピュータはリードグラフィックＡＡと重なっていたり、リードグラフィックＡＡに含まれていたり、リードグラフィックＡＡを含んでいるランドを前記ランドリストから検索する（図７参照）。

また、リードグラフィックＢＢ、ＣＣに関しても同様の操作を行い、当該電子部品に対応する各ランドを前記ランドリストから検索し、マイクロコンピュータは各リードグラフィックＢＢ、ＣＣがどのランドに対応するかを求める（ステップＳＴ３）。

そして、当該電子部品に対応する全てのリードグラフィックとランドの相関が取れると、リードグラフィックＡＡ、ＢＢ、ＣＣの中心位置（図８の○で示す。）、ランドB、C、Eの中心位置（図８の×で示す。）を求め、最小二乗法によりＡＡ−B間、ＢＢ−C間、ＣＣ−E間の各距離の誤差の二乗和が最小となる位置を求めて、各リードグラフィックと対応する各ランドとが最も適合する位置としての教示位置（結果）とする（ステップＳＴ４）。

そして、マイクロコンピュータは前記教示結果を当該電子部品のプリント基板への装着位置として前記記憶手段に格納させ、各リードグラフィックをモニター３３に再表示させる（図９参照）。即ち、各ランドに各リードグラフィックを位置合わせした状態にして、再表示させる。

なお、リードグラフィックやランドの位置は中心位置ではなく、先端位置或いはその他の位置であっても構わない。

また、背景がランドの情報に基づいて表示されたランドではなく、撮像されたプリント基板のランドの画像の場合、基板認識カメラ１７が撮像した画像を図示しない認識処理装置が認識処理して、この撮像された画像から各ランドを抽出し、各ランドの中心位置をパソコン本体３２のマイクロコンピュータが求める。

即ち、図１０のようにある閾値を基準に画像を二値化し、閾値以上（ランドが基板背景より階調値が高い場合）の画素の塊（ブロブ）を抽出し、図１１のようにブロブを囲む矩形を求め、ブロブ周辺のエッジを認識処理装置の画像処理により検出し、マイクロコンピュータが正確な矩形を求めた上で、更に各ランドの中心位置を求める。

以上のように、各ランドの中心位置を求めたら、前述したように、モニター３３に表示されたランド位置に電子部品のグラフィックをある程度重ね合わせておき、入力装置３１の操作により教示を実行させ、マイクロコンピュータが各リードグラフィックＡＡ、ＢＢ、ＣＣがどのランドに対応するかを求め、リードグラフィックＡＡ、ＢＢ、ＣＣの中心位置及びランドB、C、Eの中心位置を求め、最小二乗法によりＡＡ−B間、ＢＢ−C間、ＣＣ−E間の各距離の誤差の二乗和が最小となる位置を求めて教示位置（結果）とし、マイクロコンピュータは当該電子部品のプリント基板への装着位置として記憶手段に格納させる。

そして、以上のように、各電子部品毎にプリント基板上での装着位置を作成するが、この装着位置を装着データとして電子部品装着装置の記憶手段たるＲＡＭ２１に格納して、プリント基板上に電子部品を装着する際の装着位置として利用することができる。

なお、装着位置の作成は、例えばプリント基板への電子部品の装着順に行ってもよいし、装着順にこだわらないで順次行ってもよい。

ここで、教示結果の算出方法について、説明の便宜上、Ｘ方向及びＹ方向に関してのみとして、以下説明する。前提として、図１２及び図１３に示すように、左２本のリード間の長さが２ｂで、左のリードの中心と右のリードの中心との長さを２ａとして、ランドBの位置（中心位置）を座標（Ｘ１，Ｙ１）、ランドＣの位置を座標（Ｘ２，Ｙ２）、ランドＥの位置を座標（Ｘ３，Ｙ３）、電子部品の中心位置を座標（Ｘ，Ｙ）、リードグラフィックＡＡの位置を座標（Ｘ−ａ，Ｙ＋ｂ）、リードグラフィックＢＢの位置を座標（Ｘ−ａ，Ｙ−ｂ）、リードグラフィックＣＣの位置を座標（Ｘ＋ａ，Ｙ）、ＡＡ−Ｂ（ＡＡとＢとの間）間距離＝Ｖ１、ＢＢ−C間の距離＝Ｖ２、ＣＣ−E間の距離＝Ｖ３とする。

最小二乗法に基づき、誤差の二乗和Sが最小となる座標（Ｘ，Ｙ）を求める。

Ｓ＝Ｖ１²＋Ｖ２²＋Ｖ３²
＝（Ｘ−ａ−Ｘ１）²＋（Ｙ＋ｂ−Ｙ１）²＋（Ｘ−ａ−Ｘ２）²＋（Ｙ− ｂ−Ｙ２）²＋（Ｘ＋ａ−Ｘ３）²＋（Ｙ−Ｙ３）²
＝３Ｘ²＋３Ｙ²−２（Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋ａ）Ｘ−２（Ｙ１＋Ｙ２＋Ｙ３）Ｙ＋３ａ²＋２ｂ²＋（２ａＸ１＋２ｂＹ１＋２ａＸ２−２ｂＹ２−２ａＸ３）＋（Ｘ１²＋Ｙ１²＋Ｘ２²＋Ｙ２²＋Ｘ３²＋Ｙ３²）
ここで、Ａ＝２（Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋ａ）、
Ｂ＝２（Ｙ１＋Ｙ２＋Ｙ３）、
Ｃ＝３ａ²＋２ｂ²＋（２ａＸ１＋２ｂＹ１＋２ａＸ２−２ｂＹ２−２ａＸ３）＋（Ｘ１²＋Ｙ１²＋Ｘ２²＋Ｙ２²＋Ｘ３²＋Ｙ３²）とおくと、
Ｓ＝３Ｘ²＋３Ｙ²−ＡＸ−ＢＹ＋Ｃとなる。

ここで、最小値を探すためＳをＸ，Ｙで偏微分した式を０とおくと、
∂Ｓ／∂Ｘ＝６Ｘ−Ａ＝０
∂Ｓ／∂Ｙ＝６Ｙ−Ｂ＝０
Ｘ＝Ａ／６＝（Ｘ１＋Ｘ２＋Ｘ３＋ａ）／３
Ｙ＝Ｂ／６＝（Ｙ１＋Ｙ２＋Ｙ３） ／３となり、教示座標（Ｘ，Ｙ）が求まる。

なお、以上の例ではリードが左２本、右１本であるため、理想的な結果よりＸ方向にａ／３ずれた結果となる。このような場合は計算上のリード本数を２本、即ちリードグラフィックＣＣが２本同じ位置に存在して重なっているとし、左右のリード本数が同じになるようにして求めてもよい。即ち、Ｓ＝Ｖ１²＋Ｖ２²＋２Ｖ３²が最小となる（Ｘ，Ｙ）を求める。

また、教示結果の算出（電子部品の装着位置の作成）を電子部品装着装置自体で行ってもよい。

以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。

電子部品装着装置の平面図である。 電子部品装着装置の制御ブロック図である。 オフライン装着座標教示装置を示す図である。 オフライン装着座標教示のためのフローチャートを示す図である。 モニターに表示されたランド及び電子部品のグラフィックを示す図である。 モニター画面上で対応させようとするランド位置に合わせて電子部品のグラフィックをある程度重ね合わせた状態を示す図である。 リードグラフィックとランドとの位置関係を示す図である。 ランドとリードグラフィックとをある程度重ね合わせた状態でのそれぞれの中心を示す図である。 ランドとリードグラフィックとを位置合わせした状態でのそれぞれの中心を示す図である。 ある閾値を基準に画像を二値化し、その閾値以上の画素の塊（ブロブ）を抽出した状態のランドを示す図である。 ある閾値以上の画素の塊（ブロブ）を囲む矩形を求めて作成したランドを示す図である。 各ランドやリードグラフィックの座標を示す図である。 電子部品のグラフィックにおける各リードの位置関係を示す図である。

符号の説明

１ 電子部品装着装置本体
３０ パーソナルコンピュータ
３１ 入力装置
３２ パソコン本体
３３ モニター

Claims (5)

1. 電子部品の部品情報及びモニターに表示された電子部品のグラフィックの位置からリードの位置とサイズを求め、
   リードと重なっていたり、リードに含まれていたり、リードを含んでいるランドを検索し、
   全てのリードと前記モニターに表示されたランドの相関が取れたら各リード及び各ランドの位置をそれぞれ求め、各リードと対応する各ランドとが最も適合する位置を求めてプリント基板への電子部品の装着位置とする
   ことを特徴とする電子部品の装着座標作成方法。
2. プリント基板上の装着座標を作成したい電子部品を選択して、選択された電子部品に対応するランドの情報に基づいてランドをモニターに表示させると共に部品情報に基づいて電子部品のグラフィックを前記モニターに表示させ、
   対応させようとするランド位置に合わせて電子部品のグラフィックをある程度重ね合わせておき、
   電子部品の部品情報及び前記モニターに表示された電子部品のグラフィックの位置からリードの位置とサイズを求め、
   リードと重なっていたり、リードに含まれていたり、リードを含んでいるランドを検索し、
   全てのリードとランドの相関が取れたら各リード及び各ランドの位置をそれぞれ求め、各リードと対応する各ランドとが最も適合する位置を求めてプリント基板への電子部品の装着位置とする
   ことを特徴とする電子部品の装着座標作成方法。
3. 最小二乗法により各ランドと各リードとの各距離の誤差の二乗和が最小となる位置を求めて、各リードと対応する各ランドとが最も適合する位置としてプリント基板への電子部品の装着位置とすることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子部品の装着座標作成方法。
4. 前記モニターに表示されたランドは、回路基板設計用のＣＡＤデータを基に作成されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子部品の装着座標作成方法。
5. 前記モニターに表示されたランドは、認識カメラにより撮像されたプリント基板のランドの画像を基に作成されたものであることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の電子部品の装着座標作成方法。