JP3127269B2 - プリント基板の加工方法 - Google Patents

プリント基板の加工方法

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JP3127269B2 JP04052718A JP5271892A JP3127269B2 JP 3127269 B2 JP3127269 B2 JP 3127269B2 JP 04052718 A JP04052718 A JP 04052718A JP 5271892 A JP5271892 A JP 5271892A JP 3127269 B2 JP3127269 B2 JP 3127269B2
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  • Supply And Installment Of Electrical Components (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、予め設けられた位置決
めマーク画像認識してその位置を検出し、それに基づい
て基準穴明けなどを行なうプリント基板の加工方法に関
するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、プリント基板に加工を施す際に、
加工位置の基準とするために予め設けられた位置決めマ
ークの中心位置を検出する方法としては、主に以下の2
つの方法のいずれかが用いられていた。
【0003】第1の方法は、4点サーチ法と呼ばれるも
のである。これは、位置決めマークを画像認識してその
画像認識におけるX軸上およびY軸上の階調変化点、す
なわちマークの外周とX軸およびY軸との交点の座標を
求め、そして、X軸およびY軸についてそれぞれ交点座
標の平均を算出し、これをマークの中心点の座標とする
方法である。
【0004】第2の方法は、面積の中心を画像処理によ
り検出する方法である。これは、位置決めマークを含む
ような基準円を設定するとともに、X軸と平行で等間隔
に配列された複数のX方向分割線と、Y軸と平行で等間
隔に配列された複数のY方向分割線とを設定し、これら
X,Y方向分割線により上記基準円を複数区画に分割
し、画像処理により上記区画のそれぞれについて階調を
判定し、各分割線に沿って同一階調(マーク内部を示す
階調、例えば黒階調)の区画の中心点を求めた後、これ
らの平均をX方向およびY方向についてそれぞれ求める
ことによりマークの中心位置を検出する方法である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の第1の方法
(4点サーチ法)によると、位置決めマークが印刷不良
などにより真円でない場合に、正確な中心点検出が行な
えないという問題がある。例えば、図9に示すように、
マーク80の欠け部分80aがX軸81a上に位置した
場合、X軸81a上の階調変化点Xa ,Xb 、Y軸81
b上の階調変化点Ya ,Yb のそれぞれの平均を算出し
ても、その算出した座標は図面右方に偏った位置の座標
80bとなり、正確な中心点から大きくずれた位置とな
る。
【0006】これに対し、従来の第2の方法(面積の中
心を画像処理により検出する方法)によると、位置決め
マークが真円でない場合にも正確な中心位置を求めるこ
とができるが、適正な基準円を設定する必要があり、マ
ークの大きさが変わる毎に基準円を設定し直さなければ
ならず、面倒である。すなわち、図10に示すように、
基準円82が大き過ぎると位置決めマーク83の外側の
回路パターン84a,84bなどが基準円内に含まれて
しまい、この回路パターン84a,84bも面積の中心
点を検出するためのデータとなるため、最終的に求めら
れる座標は実際のマーク中心点からずれた値となる。例
えば、回路パターン84a,84bが基準円内に入り込
んだ場合、X方向分割線85a上の区画のうち黒階調と
判定されるのはY軸86から左に6区画、右に3区画の
範囲であり、その中心点は左に1.5区画の位置(実際
のマーク中心点付近)となるが、X方向分割線85b上
の区画は、回路パターン84aのために、Y軸86から
左に2区画、右に4区画の範囲が黒階調と判定され、そ
の中心点は右に1区画の位置となる。従って、これらの
平均をとると、求めた座標は本来のマーク中心点よりも
右側にずれることになる。逆に基準円が小さ過ぎると、
位置決めマーク83全体が基準円内に入りきれず正確な
中心を求められない恐れがある。そのため、位置決めマ
ーク80に応じた適正な大きさの基準円を設定するた
め、異なるマークが形成されたプリント基板において基
準円を設定する度に、撮像手段により撮像された画像を
使用者がチェックして適切な大きさの基準円を選択する
など面倒な作業が必要であり、自動化は困難である。
【0007】そこで本発明の目的は、様々な大きさの位
置決めマークに対して正確かつ自動的に中心点を検出で
きるようにしたプリント基板の加工方法を提供すること
にある。
【0008】本発明に係るプリント基板の加工方法は、
予め位置決めマークが形成されているプリント基板のマ
ークの位置を撮像手段および画像処理装置とを用いて検
出する工程と、検出されたマークの位置を基準として加
工手段によってプリント基板に加工を行なう工程とを含
むものである。そして本発明におけるマーク位置検出工
程は、マークを画像認識してX軸上およびY軸上の階調
変化点を検出し、この階調変化点に基づいてマークの仮
中心点と直径とを求める。次に、マーク直径に予め
設定された微小値を加えることにより基準円直径を算出
し、この算出値を直径とし仮中心点を中心とする基準円
を設定する。そして、基準円内において画像処理を行な
い、マークの中心点を検出するものである。
【0009】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図1,2に本実施例において用いる基板加工装
置の全体を示している。この装置は、固定テーブル10
0と、XYテーブル部101と、把持手段102、加工
手段としての穴明け手段103とを備えている。そし
て、図示しない供給手段より供給されたプリント基板
(ワーク)Wを、XYテーブル部101および把持手段
102により加工位置へ搬送した後、穴明け手段103
によりマーク位置に基準穴を明けるものである。
【0010】この基板加工装置の詳細な構造について以
下に説明する。XYテーブル部101の構造は以下の通
りである。Y軸ベース1には支持柱2が立設され、支持
柱2には、軸受3を介してY軸スクリュー4の一端が回
転自在に支持されている。Y軸スクリュー4の他端は、
カップリング5を介してモータ6の駆動軸と連結されて
いる。モータ6はカバー7,取付板8によって側板9に
固定され、側板9はY軸ベース1に固定されており、Y
軸スクリュー4は実質的に水平に支持されている。Y軸
スクリュー4にはナット10が螺合されており、ナット
10にはナットホルダ11が一体的に固着されている。
ナットホルダ11の上面にはY軸テーブル12が固着さ
れている。このY軸テーブル12は、Y軸方向(図1上
下方向)に短く、X軸方向(図1左右方向)に長い形状
である。また、Y軸テーブル12の下面には2つのレー
ルガイド(図示せず。)が設けられており、Y軸ベース
1上の2つのレール13上を摺動可能である。
【0011】Y軸テーブル12の上面には、2つの取付
ブロック14を介して、X軸ベース15が取り付けられ
ている。そしてY軸ベース1と同様に、支持柱16,軸
受17によってX軸スクリュー18の一端が回転自在に
支持されており、X軸スクリュー18の他端はカップリ
ング19を介してモータ20に連結されている。モータ
20は、カバー21,取付板22,側板23によってX
軸ベース15に固定されており、X軸スクリュー18は
実質的に水平に支持されている。X軸スクリュー18に
はナット24が螺合され、ナット24にはナットホルダ
25が一体的に固着されている。ナットホルダ25の上
面にはX軸テーブル26が固着されている。X軸テーブ
ル26は上板26aと下板26bとが固着されたもので
ある。下板26bの下面にはレールガイド26cが設け
られており、X軸ベース15上のレール27上を摺動可
能である。また、X軸テーブル26の孔部26d内には
上面カバー28が挿通されている。この上面カバー28
はX軸テーブル26に固定されておらず、X軸テーブル
26の側方に延出し、両端部が両側板23,29に固着
されている。従って、X軸テーブル26は、正面カバー
28に対して摺動自在である。
【0012】なお、側板29には、鍔30を介して固定
テーブル100が固着されている。固定テーブル100
には2つの長孔31が設けられており、この長孔31を
取付ブロック14が貫通するようにXYテーブル部10
1が設けられている。従って、長孔31の範囲内でY軸
テーブル12はY軸方向に移動可能であり、X軸テーブ
ル26は固定テーブル100の上方でX軸方向に移動自
在である。
【0013】上記の構成であるため、モータ6に駆動さ
れてY軸スクリュー4が回転すると、Y軸スクリューに
螺合しているナット10がY軸方向に移動し、Y軸テー
ブル12が移動する。また、モータ20に駆動されて、
X軸スクリュー18が回転すると、X軸スクリューに螺
合しているナット24がX軸方向に移動し、X軸テーブ
ル26が移動する。このように、モータ6,20によっ
てX軸テーブル26はXY方向に移動自在である。
【0014】次に把持手段102について説明する。X
軸テーブル26の前端(図2右方)上面にはシリンダ取
付板32が固着されており、その上部にはシリンダ33
が下向きに取り付けられている。また、X軸テーブル2
6の前方には、取付板34を介してスライダ35が上下
動可能に取り付けられている。
【0015】スライダ35の前方には以下の構成の固定
用爪36が設けられている。スライダ35の上面にシリ
ンダ33の駆動軸が固着されている。スライダ35の前
方には、取付板37,38を介してチャックボディ39
が取り付けられている。この上部にはシリンダ40が下
向きに取り付けられている。シリンダ40の軸にはロッ
ド41が固着されており、ロッド41には上爪42が取
り付けられている。この上爪42は回転中心42aを中
心として、ロッド41の上下動に合わせて揺動する。チ
ャックボディ39の下方には固定片43により固定され
た下爪44が設けられている。なお本実施例において
は、スライダ35に、上記構成の固定爪36が2つ設け
られている。
【0016】次に穴明け手段103について図3を参照
して説明する。脚部45上に、中央部に孔部を有する支
持板46,47が固着されており、その一端部(図3左
方)にはモータ保持部材48が固着されており、このモ
ータ保持部材48によってモータ49が保持されてい
る。モータ49の駆動軸にはカップリング50を介して
リードスクリュー51が連結されており、リードスクリ
ュー51は支持板47により回転可能に支持されてい
る。このリードスクリュー51の上方にはベース板52
が配設してあり、このベース板52の下面に固着されて
いるナット53がリードスクリュー51に螺合してい
る。このような構成であるため、モータ49の駆動によ
りリードスクリュー51が回転し、ナット53と一体的
にベース板52が図3左右方向に移動する。
【0017】ベース板52上には、電磁波の照射を受け
る対象物の画像を映し出す撮像手段が、支持板54,5
5,56を介して固定されている。本実施例では電磁波
としてX線を用いているため、撮像手段としてX線カメ
ラ57を用いている。X線カメラ57は画像処理装置5
8(図4参照)に接続されている。
【0018】また、ベース板52上には、保持フレーム
59および切屑カバー60を介して穴明けユニット61
が取り付けられている。この穴明けユニット61は、ス
ピンドルモータ61aと、その上端に固着してあるコレ
ットチャック61bと、コレットチャック61bに保持
されるドリル(穴明け部材)61cとから構成されてい
る。そして、スピンドルモータ61aの駆動によりドリ
ル61cが回転しながら上昇し、プリント基板Wに穴明
けを行なうものである。なお、図示しないXYテーブル
機構によって穴明けユニット61は移動可能であり、穴
明け位置の微調整が可能になっている。
【0019】以上の構成であるため、X線カメラ57お
よび穴明けユニット61がベース板52と一体的に図3
左右方向(X軸方向)に移動可能である。この本体ケー
スには固定テーブル100が設けられており、その上に
穴明けすべき部材であるプリント基板Wが載置される。
固定テーブル100には孔部62が穿設されている。そ
して固定テーブル100の上方には、孔部62およびプ
リント基板Wを介してX線カメラ57または穴明けユニ
ット61と対向可能なX線発生装置(電磁波照射手段)
63が設けられている。すなわち、図3はX線カメラ5
7が孔部62およびプリント基板Wを介してX線発生装
置63と対向する状態であり、この状態からモータ49
を作動させてベース板52を移動させることにより、穴
明けユニット61を孔部62およびプリント基板Wを介
してX線発生装置63と対向させることができる。
【0020】この加工装置の電気回路の構成は図4に示
されている。すなわち、加工装置全体の動作を制御する
制御回路(以下「CPU」という。)64に、画像処理
装置58,演算回路65,記憶回路66と、使用者が穴
明け条件などを入力するためのキーボード(図示せ
ず。)などを含む入力装置67が接続されている。また
CPU64には、前述のモータ6,20,49,スピン
ドルモータ61aも接続されており、それぞれY軸テー
ブル12,X軸テーブル26,ベース板52,穴明け部
材61cの作動が制御される。なお画像処理装置58
は、X線発生装置(電磁波照射手段)63およびX線カ
メラ(撮像手段)57により得られた画像データが入力
されるものである。
【0021】以上の構成の加工装置を用いてプリント基
板Wに基準穴を明ける方法について、図5〜8を参照し
て説明する。被加工物であるプリント基板Wは、複数の
部品(配線板)を得るためのものであり、同形状の回路
パターン68(図6参照)が一定間隔で複数箇所に印刷
などにより形成され、この回路パターン毎に、プレス抜
きを行なったり部品取付穴を明けたりして、所望の配線
板を複数個形成するものである。そこでこのプレス抜き
等を行なう際の基準位置を示すために、各回路パターン
の近傍にそれぞれ位置決めマーク70が設けられてい
る。本実施例では、この位置決めマーク70の位置に穴
を明けて、後工程のプレス抜き等の基準穴としている。
通常、このような位置決めマーク70は回路パターン6
8と同時に印刷で形成されている。
【0022】まず、プリント基板Wを図1,2に示す加
工装置にセットする。すなわち、把持手段Cの固定用爪
36によりプリント基板Wを把持し、モータ6,20を
駆動させてXYテーブル機構101によりプリント基板
Wを移動させ、マーク70が穴明け手段103と対向す
るように位置させる(a)。
【0023】そして、位置決めマーク70にX線発生装
置63よりX線を照射して、そのX線像をX線カメラ5
7で撮像する(b)。このときマーク70の部分とそれ
以外の部分では異なった階調(コントラスト)で撮像さ
れるので、それに基づいて画像処理を行ないマーク70
の中心点を検出する。なお、黒階調の部分(位置決めマ
ーク70および回路パターン68の内部)をハッチング
で表している。
【0024】このマーク70の中心点の検出方法につい
て、以下に説明する。まず、図6に示すように、X線カ
メラ57に予め設定してあるX軸71上およびY軸72
上の階調変化点、すなわち、X軸71,Y軸72と撮像
されたマーク70の外周部(コントラストの変化する境
界線)との4つの交点である71a(X1 ,Y1 )、7
1b(X2 ,Y2 )、72a(X3 ,Y3 )、72d
(X4 ,Y4 )を認識する(ここではX軸71とY軸7
2の交点を原点とする)。そして、マーク70の外周部
とX軸71との交点71a,71bのX座標を2等分し
て(X1 +X2 )/2を求める。同様に、マーク70の
外周部とY軸72との交点72a,72bのY座標を2
等分して(Y3 +Y4 )/2を求める。こうして、マー
ク70の仮中心点70aの座標{(X1 +X2 )/2,
(Y3 +Y4 )/2}を求める(c)。
【0025】次に、図7に示すように、仮中心点70a
を通りX軸71に平行なX方向基準線73と、Y軸72
に平行なY方向基準線74とを設定する。そして、この
X方向基準線73上およびY方向基準線74上の階調変
化点、すなわち、X方向基準線73,Y方向基準線74
とマーク70の外周部との4つの交点である73a(X
5 ,Y5 )、73b(X6 ,Y6 )、74a(X7 ,Y
7 )、74b(X8 ,Y8 )を認識して、マーク70の
X軸方向の径(X5 −X6 ),Y軸方向の径(Y7 −Y
8 )をそれぞれ算出し、さらにこれらの平均値をとっ
て、マーク直径D1 ={(X5 −X6 )+(Y7 −Y8
)}/2を算出する(d)。なお、マーク70が真円
であれば、(X5 −X6 )=(Y7 −Y8 )となるため
平均値を求める必要はないが、印刷誤差などによりX軸
方向の径とY軸方向の径とに若干の誤差が生じる可能性
があるので、両者の平均をとってマーク直径D1 として
いる。
【0026】そこで、予め設定してある微少値αを上記
マーク直径D1 に加えて、基準円直径D2 を以下の通り
算出する D2 =D1 +α={(X5 −X6 )+(Y7 −Y8 )}/2+α このようにして、仮中心点70aおよび基準円直径D2
を求め、これらに基づいて基準円75を設定する
(e)。本実施例では、微少値α=0.5mmと予め設
定している。例えば、直径D1 =2mmの位置決めマー
ク70に対して、直径D2 =2.5mmの基準円75を
自動的に設定する。このようにマーク直径D1より僅か
に(本実施例では0.5mmだけ)大きい直径D2 の基
準円75を設定するため、この基準円75内にマーク7
0以外の回路パターン68が入り込む恐れは殆どない。
【0027】次に、この基準円75に基づいて、面積の
中心を画像処理により検出する。その具体的な方法につ
いて以下に説明する。図8に示すように、基準円75内
に、X軸71に平行で等間隔に配列されたX方向分割線
76a,76b〜76kと、Y軸72に平行で等間隔に
配列されたY方向分割線77a,77b〜77kとを設
定し、基準円75を複数の区画に分割する(f)。な
お、X方向分割線76fはX方向基準線73と、Y方向
分割線77fはY方向基準線74と一致している。
【0028】そして、各区画の階調を判定する(g)。
通常、マーク70の内部は黒、外部は白と判定される。
基準円75の外周部が位置する区画では、黒階調と白階
調とが混在した状態となるが、この場合、その区画の総
面積に対して占める割合が大きい方の階調とみなす。す
なわち、その区画内においてどちらの階調の面積が大き
いかにより、面積の大きい方の階調であるとみなす。但
し両階調がおよそ同程度の面積であった場合は、その区
画を2分割して外側が白階調、内側が黒階調とみなす。
このようにして、各分割線に沿って黒階調の中心点をそ
れぞれ求める。例えば、X方向分割線76f上に位置す
る区画のうち黒階調と判定されるのは、Y方向規準線7
4から左に5区画、右に4区画の範囲である。従って、
その中心点は左に1番目の区画の中心、すなわち、左に
0.5区画の位置であると判断する。このように、X方
向分割線76a〜76nに関して、黒階調と判定される
区画の中心点をそれぞれ求め、その位置の平均を算出し
てマーク70のX方向の中心位置を求める。
【0029】また、Y方向分割線77gの右側に位置す
る区画のうち、X方向基準線73から上に5番目の区画
と下に5番目の区画は、白階調と黒階調とが殆ど半分ず
つの面積を占めている。従って、黒階調と判定されるの
は、X方向基準線73から上に4.5区画、下に4.5
区画の範囲とする。従って、その中心点はX方向基準線
73上にあるとみなされる。このように、Y方向分割線
77a〜77kに関して、黒階調と判定される区画の中
心点をそれぞれ求め、その平均を算出してマーク70の
Y方向の中心位置を求める。以上のようにして、マーク
70のX方向およびY方向の中心位置をそれぞれ求める
ことにより、マーク70の中心点70bを検出する
(h)。
【0030】このようにしてマーク70の中心を検出し
たら、XYテーブル部101および把持手段102より
プリント基板Wの位置を調整するとともに、モータ49
(図3参照)の駆動によりベース板52を移動させ、ド
リル61cをマーク70の中心点70bと正確に対向さ
せる(i)。そして、スピンドルモータ61aを駆動し
てドリル61cによりプリント基板Wに基準穴を明ける
(j)。
【0031】上記ステップa〜jによってマーク70の
穴明けが完了したら、プリント基板Wにまだ穴明けされ
ていない位置決めマークが残っているかどうかを判断し
(k)、残っている場合は、上記同様のステップa〜j
を繰り返して穴明けを行なう。そして、まだ穴明けされ
ていないマークが残っていないと判断された場合、プリ
ント基板Wの全マークの穴明けが完了しているので、プ
リント基板Wは取り除かれる(l)。
【0032】なお詳述しないが、実際には、上記工程で
穿たれた基準穴に基づいてプレス抜きなどを行なって各
々の部品(配線板など)を得るものである。
【0033】本発明におけるマーク位置検出工程A(ス
テップb〜h)によると、最初に4点サーチ法により仮
中心点70aを求め(ステップc)、マーク直径D1 を
算出(ステップd)した後、マーク直径D1 よりも僅か
に大きい直径D2 の基準円75を設定し(ステップ
e)、この基準円75に基づいて同一階調の中心を求め
てその平均をとることにより面積の中心を検出する方法
(ステップf〜h)を行なっている。従って、中心点7
0bが正確に検出できる。また、従来マークの面積の中
心を求める場合の問題となっていた基準円の設定作業の
繁雑さが解決され、逐一使用者が確認して選択しなくて
も適切な基準円が自動的に設定されるため、作業は簡単
になり時間が短縮できるとともに、不適切な基準円が設
定されて中心位置検出が不正確になる恐れがない。そし
て、穴明け作業の自動化が可能になる。
【0034】
【発明の効果】以上のように本発明によると、位置決め
マークの中心位置を検出する際に、画像処理により求め
る方法を用いているため、正確な中心位置が検出でき
る。そして、この工程において、マークの大きさに対応
した適切な大きさの基準円が自動的に設定されるため、
作業が簡単かつ短時間化するとともに自動化が可能とな
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るプリント基板の加工装置の一部切
欠平面図
【図2】加工装置の要部側面断面図
【図3】加工装置の穴明け手段の要部正面断面図
【図4】加工装置のブロック図
【図5】本発明の加工手順を示すフローチャート
【図6】本発明のマーク位置検出工程における仮中心点
設定を示す説明図
【図7】本発明のマーク位置検出工程における基準円設
定を示す説明図
【図8】本発明のマーク位置検出工程における面積中心
検出を示す説明図
【図9】従来のマーク位置検出工程の第1の例を示す説
明図
【図10】従来のマーク位置検出工程の第2の例を示す
説明図
【符号の説明】
57 X線カメラ(撮像手段) 58 画像処理装置 70 位置決めマーク 70a 仮中心点 70b 中心点 71 X軸 72 Y軸 71a,71b,72a,72b 階調変化点 75 基準円 103 穴明け手段(加工手段) D1 マーク直径 D2 基準円直径 W プリント基板(ワーク) α 微小値
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−155804(JP,A) 特開 平3−22498(JP,A) 特開 昭56−121172(JP,A) 特開 平1−229377(JP,A) 特開 平3−94386(JP,A) 特開 平3−86445(JP,A) 特開 昭60−167704(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) B23Q 17/24 G01B 11/26 H05K 3/00

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 予め位置決めマークが形成されているプ
    リント基板の上記マークの位置を撮像手段および画像処
    理装置とを用いて検出する工程と、検出された上記マー
    クの位置を基準として加工手段によって上記プリント基
    板に加工を行なう工程とを含み、 上記マーク位置検出工程は、上記マークを画像認識して
    上記画像認識におけるX軸上およびY軸上の階調変化点
    を検出し、上記階調変化点に基づいて上記マークの仮中
    心点と直径とを求め、上記マーク直径に予め設定さ
    れた微小値を加えることにより基準円直径を算出し、こ
    の算出値を直径とし上記仮中心点を中心とする基準円を
    設定して、上記基準円内において画像処理を行ない上記
    マークの中心点を求めることを特徴とするプリント基板
    の加工方法。
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