JP2013102011A - 配線板測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度変化に影響されずに治具板を用いてプリント配線板を測定する。
【解決手段】治具板４は、等中心間隔で長手方向に沿って複数の小穴４０ａが形成されており、長手方向の中央近傍の領域である中央領域４ｃにおいてビス４１で載置台２に固定されるとともに、中央領域４ｃより端側ではビスで載置台２に固定されない。また、治具板４は、載置台２に設けられたマグネット２ｃによって、長手方向の両端が載置台２側に付勢される。
【選択図】図４

Description

本発明は、配線板測定装置に関する。

従来、ＩＣチップ、抵抗、コンデンサ等の電子部品を実装するために、多層プリント配線板が利用されている。このような多層プリント配線板は、各層のプリント配線板をそれぞれに形成し、最終的に、形成したプリント配線板を積層させることによって得られる。

プリント配線板を積層するときには、各プリント配線板の配線パターン同士が正確な位置関係にないと不良品になってしまうため、プリント配線板に形成されている配線パターンの位置を正確に測定することが望まれる。特に、多層プリント配線板を大量に生産する場合には、配線パターンの位置（ずれ）毎に分別してプリント配線板を積層することにより、効率よく多層プリント配線板を製造することができる。

プリント配線板に形成されている配線パターンの位置を測定するために、プリント配線板を載置台に載置して、プリント配線板に形成されたアライメントマークを鉛直上方から撮像するものがある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の装置では、所定間隔ごとに複数の基準マークが形成された位置測定用の治具板が載置台に固定されており、撮像して得られた画像データから治具板の基準マークを基準にプリント配線板を測定し、プリント配線板に穴を開ける位置を設定している。特許文献１に記載の装置では、温度変化によって治具板が伸縮し、基準マーク間の距離が変化するのを考慮して、温度変化で変形しにくい材料で治具板を形成している。

特開２００５−３４９５０５号公報

上述した装置では、温度変化で変形しにくい治具板を用いているが、治具板が固定される載置台が温度変化に伴って変形すると、載置台との固定箇所を通じて治具板に大きな力がかかり、治具板が変形して基準マーク間の距離が変化してしまう虞がある。

本発明は上述した実情に鑑みてなされたものであり、温度変化に影響されずに治具板を用いてプリント配線板を測定することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の配線板測定装置は、
位置検出用のマークが設けられたプリント配線板の前記マークの位置を測定する配線板測定装置であって、
前記プリント配線板が載置される載置台と、
予め間隔が測定された複数の目印が形成され、長手方向の中央を含み長手方向の２分の１より狭い領域である中央領域において固定手段により前記載置台に固定されるとともに前記中央領域でない非中央領域は前記載置台に固定されない治具板と、
前記プリント配線板及び前記治具板を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段により撮像された画像データにおける前記治具板の異なる目印の位置情報と予め測定されている該目印の間隔とから前記撮像手段により撮像される画像データの位置情報を校正し、前記撮像手段により撮像された前記プリント配線板の画像データから前記プリント配線板のマークの位置を測定する制御手段と、
を備えることを特徴とする。

また、前記治具板の非中央領域を前記載置台に向けて付勢する付勢手段を備えてもよい。

また、前記載置台は、ガイド溝を有し、
前記治具板は、前記ガイド溝内に取付けられてもよい。

本発明によれば、温度変化に影響されずに治具板を用いてプリント配線板を測定することができる。

本発明の実施の形態に係る配線板測定装置の構成の概要を示す側面図である。 配線板測定装置の構成の概要を示す上面図である。 載置台と治具板の構成の概要を示す斜視図である。 載置台と治具板の構成の概要を示す分解斜視図である。 載置台が変形したときの載置台と治具板との取り付けの様子を示す模式図である。 プリント配線板に印刷されたガイドマークの一例を示す図である。 変形例における載置台と治具板の構成の概要を示す上面図である。 変形例における載置台と治具板の取り付けの様子を示す模式図である。

本発明の実施の形態に係る配線板測定装置について図を用いて説明する。配線板測定装置１は、図１及び図２に示すように、フレーム１０と、ワークであるプリント配線板ＰＣＢを載置するための載置台２と、載置台２に固定される治具板４と、載置台２を移動する搬送部３と、載置台２を鉛直上方から撮像する撮像部５と、装置全体を制御する制御部６（図２では不図示）を備えている。以下、搬送部３によって載置台２が移動する方向をＹ方向、Ｙ方向に垂直で水平な方向をＸ方向、鉛直方向をＺ方向とする。なお、図１及び図２では、載置台２上のプリント配線板ＰＣＢを破線で示している。

図１及び図２の白抜きの矢印は作業者の定位置であり、作業者は矢の方向（Ｙ軸の正方向）に向かって立ち、プリント配線板ＰＣＢを配線板測定装置１に投入し、測定が終わればプリント配線板ＰＣＢを配線板測定装置１から取り出す。プリント配線板ＰＣＢの投入と取り出しは、本実施形態では、作業者によって行われるものとしたが、搬送装置によって行ってもよい。搬送装置は、例えばエアによって吸着する吸着器を備えたロボットアームで構成することができる。

載置台２は、上部の載置面にプリント配線板ＰＣＢを載置するものであり、搬送部３によってＹ方向に移動する。載置台２は、搬送部３によって、所定の高さで支持され、載置面が水平になっている。載置台２のＹ方向の中央部には、図４に示すように、治具板４を取り付けるためのガイド溝２ｂがＸ方向に沿って設けられている。ガイド溝２ｂ内のＸ方向の両端近傍には、マグネット２ｃが埋めこまれて設けられている。また、ガイド溝２ｂのＹ方向両側には吸着孔２ａが形成され、吸着孔２ａを負圧にする図示しない吸着装置が連結されている。載置台２にプリント配線板ＰＣＢが載置された状態で吸着孔２ａが負圧にされることにより、プリント配線板ＰＣＢは載置台２に吸着されて固定される。

治具板４は、断面が長方形で細長い板形状であり、例えばインバールなどの線膨張率が小さく温度変化によって変形しにくい材料で形成される。治具板４は、Ｘ方向が長手方向となるように載置台２のガイド溝２ｂ内に取り付けられる。治具板４には、その長手方向に沿って複数の小穴４０ａが形成されている。複数の小穴４０ａは、図３に示すように隣り合った小穴４０ａ同士の間隔ＬＤが等中心間隔であるように治具板４を貫通して形成されている。

治具板４は、Ｘ方向（長手方向）の中央近傍において２行２列の４点でビス４１により載置台２に固定されており、この４点より端側では、ビスを用いて固定されていない。つまり、治具板４は、図３から図５に示すように、治具板４の長手方向の中央を含む長さＬｃの中央領域４ｃ（図３及び図４中、網掛け部）においてビス４１で載置台２に固定されている。なお、中央領域４ｃは、ビス４１の軸中心を結んでなる矩形領域のことを言う。また、治具板４は、載置台２のガイド溝２ｂ内のＸ方向両端近傍に設けられたマグネット２ｃにより、長手方向（Ｘ方向）の両端が載置台２側に付勢されている。

このように治具板４が載置台２に取付けられることによって、治具板４は、中央領域４ｃにおいて４点で載置台２に固定されるので、治具板４と載置台２の位置がずれてしまうのを抑制することができる。また、載置台２に固定されていない治具板４の両端は、載置台２に設けられたマグネット２ｃによって載置台２側に付勢されるので、治具板４の両端が載置台２から浮いてしまうのを抑制することができる。

こうした治具板４では、図５（ｂ）に示すように、例えば載置台２が温度変化によって熱膨張した場合に、中央領域４ｃの範囲内にある治具板４は、ビス４１で固定されているため、載置台２の熱膨張による変形の影響を受ける。具体的には中央領域４ｃの範囲内にある小穴４０ａ同士の間隔ＬＤが、載置台２の熱膨張による変形の影響を受けて、設計上の間隔よりも大きくなる。

これに対して、中央領域４ｃより端側（中央領域４ｃでない領域）は、ビスで固定されていないので、図５（ｂ）に示すように載置台２が温度変化の影響を受けて熱膨張した場合であっても、中央領域４ｃでない領域はその影響を受けない。したがって、治具板４の長手方向の両端において治具板４と載置台２とが固定されている場合に比して、治具板４と載置台２の固定箇所に加わる力を低減することができる。このため、載置台２の変形に伴って治具板４が変形してしまうのを抑制することができる。特に、中央領域４ｃの範囲外の小穴４０ａ同士の間隔ＬＤが、設計上の値に対して変化することを抑制できる。

ここで、治具板４と載置台２とを固定する部位（つまり、中央領域４ｃ）は、載置台２の変形に伴って治具板４が変形するのが抑制される部位であればよい。つまり、治具板４と載置台２とを固定する中央領域４ｃは、載置台２が変形しても治具板４が受ける影響は小さいと想定される中央近傍の領域であればよく、治具板４の長手方向の長さＬの２分の１より狭い範囲とすることが望ましい。中央領域４ｃは、例えば、載置台２や治具板４の材質などに基づいて定めることができ、長手方向の中央を含み長手方向の３分の１の長さの領域や長手方向の４分の１の長さの領域などとしてもよい。

搬送部３は、図１及び図２に示すように、移動台３１と、フレーム１０に固定されてＹ方向に伸びる一組のガイドレール３２ａ、３２ｂと、Ｙ方向に伸びるボールねじ３３と、ボールねじ３３を回転する移動用モータ３４とを備える。移動台３１は、載置台２を支持し、移動台３１に設けられた図示しないボールナットがボールねじ３３と係合する。こうした構成により、搬送部３では、移動用モータ３４によってボールねじ３３が回転すると、移動台３１がガイドレール３２ａ，３２ｂに沿ってＹ方向に移動し、移動台３１に支持される載置台２が移動台３１と共にＹ方向に移動する。

撮像部５は、１組の測定用カメラ５２ａ，５２ｂと、この測定用カメラ５２ａを移動するカメラ移動部５３Ｌ，５３Ｒを備える。測定用カメラ５２ａ，５２ｂは、鉛直上方からプリント配線板ＰＣＢのガイドマークＭ１〜Ｍ４（以下、まとめて「ガイドマークＭ」ともいう）を撮像するものであり、架台５４Ｌ，５４Ｒに固定されている。

カメラ移動部５３Ｌ，５３Ｒは、測定用カメラ５２ａ，５２ｂを支持する架台５４Ｌ，５４Ｒを移動させることによって、測定用カメラ５２ａ，５２ｂをＸ方向にそれぞれ移動させる。カメラ移動部５３Ｌ，５３Ｒは、それぞれにＸ方向に伸びるボールねじ５５Ｌ，５５Ｒと、架台５４Ｌ，５４Ｒに固定されてボールねじ５５Ｌ，５５Ｒに係合する図示しないボールナットと、ボールねじ５５Ｌ，５５Ｒをそれぞれ回転するカメラ用モータ５６Ｌ，５５Ｒとを備える。カメラ移動部５３Ｌ，５３Ｒでは、カメラ用モータ５６Ｌ，５６Ｒによってボールねじ５５Ｌ，５５Ｒを回転させることにより架台５４Ｌ，５４ＲがＸ方向にそれぞれ移動し、測定用カメラ５２ａ，５２ｂがＸ方向に移動する。

制御部６は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等を中心とした周知のマイクロプロセッサが用いられ、搬送部３や撮像部５に駆動信号を出力するとともに搬送部３や撮像部５から信号を受信し、装置全体の制御を行う。

以上の構成の配線板測定装置１は、プリント配線板ＰＣＢを測定することが可能である。本実施形態におけるプリント配線板ＰＣＢは、図６に示すように、４カ所のガイドマークＭが印刷される。ガイドマークＭは、プリント配線板ＰＣＢの４頂点の近傍に配置され、矩形のプリント配線板ＰＣＢの４辺から等距離の位置に印刷される。

配線板測定装置１によってプリント配線板ＰＣＢを測定するときには、まず、温度変化による配線板測定装置１自体の変形を補正するために、制御部６は、検出用カメラ５２ａ，５２ｂの撮像位置に治具板４が位置するように搬送部３によって載置台２を移動させ、検出用カメラ５２ａ，５２ｂによって治具板４を撮像し、撮像したデータにおける治具板４の小穴４０ａの距離を測定する。治具板４の小穴４０ａの中心の距離ＬＤは予め定められているとともに温度変化で変形しにくい材質によって形成されている。そこで、制御部６は、撮像したデータにおける小穴４０ａの距離と実際の小穴４０ａの距離ＬＤとから、検出用カメラ５２ａ，５２ｂの撮像データにおける距離を小穴４０ａの距離ＬＤによって補正（校正）する距離変換関数を求める。この距離変換関数は、予め定められた期間（例えば、数時間や１日など）ごとに求めるものとしてもよいし、配線板測定装置１が起動されたときや、操作者によって所定の操作がなされたときに求めるものとしてもよい。

そして、制御部６は、例えば図示しない表示部にメッセージを表示して測定対象であるプリント配線板ＰＣＢの投入を促す。作業者が測定対象であるプリント配線板ＰＣＢを載置台２上に載置すると、制御部６は、載置台２の吸着孔２ａを負圧にしてプリント配線板ＰＣＢを載置台２に固定する。続いて、制御部６は、測定用カメラ５２ａ，５２ｂによってプリント配線板ＰＣＢのガイドマークＭを撮像する。このときには、制御部６は、測定用カメラ５２ａ，５２ｂによってガイドマークＭが撮像可能な位置に載置台２を移動させるとともに、測定用カメラ５２ａ，５２ｂの互いの距離がガイドマークＭのＸ方向の距離Ｌｘに等しくなるように架台５４Ｌ，５４Ｒを移動させて、測定用カメラ５２ａ，５２ｂによってガイドマークＭを撮像する。

測定用カメラ５２ａ，５２ｂでは、プリント配線板ＰＣＢにおける配線パターンの位置が測定されるように、ガイドマークＭと共にプリント配線板ＰＣＢの特徴点と治具板４を撮像する。プリント配線板ＰＣＢの特徴点としては、例えば、プリント配線板ＰＣＢに予め設けられている図示しない基準マークを特徴点としたり、プリント配線板ＰＣＢの縁を特徴点とすることができる。

測定用カメラ５２ａ，５２ｂによってプリント配線板ＰＣＢのガイドマークＭを撮像したら、制御部６は、測定対象であるプリント配線板ＰＣＢの識別番号に関連づけて、撮像したデータに基づく測定データを記憶する。プリント配線板ＰＣＢの識別番号は、例えばその日初めて測定するプリント配線板であればナンバー１などとする。その他にも、ロット番号と関連づけるなどしてもよい。制御部６は、測定データとして、測定用カメラ５２ａ，５２ｂで撮像した画像データと治具板４を用いて求めた距離変換関数に基づいて、プリント配線板ＰＣＢにおける配線パターンの位置を算出し、図示しないメモリに記憶する。例えば、測定データとして、ガイドマークＭ１〜Ｍ４の中心からプリント配線板ＰＣＢの縁（特徴点）までのＸ方向およびＹ方向の距離をそれぞれに記憶することが考えられる。

こうしてプリント配線板ＰＣＢの測定データが記憶されると、制御部６は、載置台２を初期位置に移動させた後に、プリント配線板ＰＣＢと載置台２の固定を解除して、配線板の測定を終了する。配線板の測定が終了したら、作業者がプリント配線板ＰＣＢを載置台２から取り外す。

以上のように、本実施形態の配線板測定装置１は、治具板４が、長手方向（Ｘ方向）の中央であって長手方向の長さの２分の１より狭い領域である中央領域４ｃにおいてビス４１により載置台２に固定されるとともに、中央領域４ｃより端側は、ビスで載置台２に固定されないので、載置台２が温度変化によって変形した場合でも、載置台２の変形に伴って治具板４が変形してしまうのを抑制することができる。したがって、温度変化に影響されずに治具板４を用いてプリント配線板ＰＣＢを測定することができる。また、治具板４の両端に対応する載置台２の位置には、マグネット２ｃが設けられているので、治具板４の固定されていない両端を載置台２側に付勢することができ、治具板４が載置台２から浮いてしまうのを抑制することができる。

以上、一実施形態を挙げて本発明を説明したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、その応用及び変形等は任意である。例えば、上記実施の形態では、治具板４は、載置台２の中央において、Ｘ方向が長手方向となるように載置台２に取付けられるものとしたが、図７に示すように、Ｘ方向が長手方向となるように治具板４Ａが載置台２のＹ方向の端部に取付けられてもよいし、Ｙ方向が長手方向となるように治具板４Ｂが載置台２に取付けられてもよい。また、図７に示すように、複数の治具板が載置台２に取付けられてもよい。

上記実施の形態では、治具板４は、載置台２のガイド溝２ｂ内に取付けられるものとしたが、載置台２の載置面に取付けられてもよい。また、治具板４は、載置台２に対してＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向を問わず、移動可能であってもよい。

上記実施の形態では、治具板４の長手方向の両端に対応する載置台２の位置には、マグネット２ｃが設けられるものとしたが、治具板４の両端にマグネットが設けられてもよい。この場合、例えば載置台２のガイド溝２ｂの内部がマグネットに引き寄せられる材料で形成されていればよい。また、図８に示すように、載置台２に、治具板４を載置台２側に押しつけるバネなどの弾性体４２が設けられてもよい。さらに、治具板４を載置台２側に引きつけるように弾性体が設けられてもよい。

上記実施の形態では、治具板４には、目印として複数の小穴４０ａが設けられるものとしたが、目印は、測定用カメラ５２ａ，５２ｂを用いて測定基準として撮像できるものであればよく、例えば小穴４０ａに代えて又は加えて、治具板４に所定間隔で目盛りが設けられてもよい。

上記実施の形態では、治具板４は、ビス４１によって２行２列の４点で載置台２に固定されるものとしたが、Ｘ方向またはＹ方向に沿った２点や中央の１点で載置台２に固定されてもよい。この場合、治具板４の中央から遠いビス４１の外縁を結んでなる領域を中央領域４ｃとしてもよい。換言すれば、中央領域４ｃは、載置台２の変形の影響を受けて小穴４０ａ同士の間隔ＬＤが変化しうる領域のことをいい、中央領域４ｃでない非中央領域は、載置台２の変形が間隔ＬＤに影響を与えない領域のことをいう。

上記実施の形態では、測定用カメラ５２ａ，５２ｂとしてＣＣＤカメラを使用したが、Ｘ線カメラなどを用いてもよい。また、測定用カメラ５２ａ，５２ｂに加えて、プリアライメント用のカメラなど他のカメラが備えられてもよい。また、測定用カメラ５２ａ，５２ｂを上下させることで測定用カメラとプリアライメント用のカメラとを兼用させてもよい。また、測定用カメラ５２ａ，５２ｂは、載置台２の下側または上側と下側との両側に配置されるものであってもよい。

上記実施の形態では、プリント配線板ＰＣＢには、四隅にガイドマークＭ１〜Ｍ４が設けられるものとしたが、こうした例に限定されるものではなく、ガイドマークが少なくとも２つ設けられていればよい。また、ガイドマークは、印刷されたものに限定されず、穴などでもよい。

また、配線板測定装置１には、例えばプリント配線板ＰＣＢに穴を開けるための穴開け機構など、他の構成が搭載されていてもよい。

１ 配線板測定装置
２ 載置台
２ａ 吸着穴
２ｂ ガイド溝
２ｃ マグネット
２ｄ 弾性体
３ 搬送部
４ 治具板
４ｃ 中央領域
５ 撮像部
６ 制御部
１０ フレーム
３１ 移動台
３２ａ，３２ｂ ガイドレール
３３ ボールねじ
３４ 移動用モータ
４０ａ 小穴
４１ ビス
５２ａ，５２ｂ 測定用カメラ
５３Ｌ 左カメラ移動部
５３Ｒ 右カメラ移動部
Ｍ，Ｍ１〜Ｍ４ ガイドマーク

Claims (3)

1. 位置検出用のマークが設けられたプリント配線板の前記マークの位置を測定する配線板測定装置であって、
   前記プリント配線板が載置される載置台と、
   予め間隔が測定された複数の目印が形成され、長手方向の中央を含み長手方向の２分の１より狭い領域である中央領域において固定手段により前記載置台に固定されるとともに前記中央領域でない非中央領域は前記載置台に固定されない治具板と、
   前記プリント配線板及び前記治具板を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段により撮像された画像データにおける前記治具板の異なる目印の位置情報と予め測定されている該目印の間隔とから前記撮像手段により撮像される画像データの位置情報を校正し、前記撮像手段により撮像された前記プリント配線板の画像データから前記プリント配線板のマークの位置を測定する制御手段と、
   を備えることを特徴とする配線板測定装置。
2. 前記治具板の非中央領域を前記載置台に向けて付勢する付勢手段を備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の配線板測定装置。
3. 前記載置台は、ガイド溝を有し、
   前記治具板は、前記ガイド溝内に取付けられる、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の配線板測定装置。

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