JP6252809B1 - 多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】多層回路基板基準穴明け作業の自動化を実現でき、人的コストを省け、回路基板定位設備の配置が不要となる多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置を提供する。【解決手段】多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置４において、自動搬送装置４は搬送装置、画像装置４２及び計算装置４３を有する。搬送装置は、多層回路基板５を基準穴明機に自動的にセットできる。画像装置４２は、基準穴明機Ｘ線カメラが撮影した多層回路基板５の内部回路基板パターンの画像を取得する。計算装置４３は画像を分析し移動量を算出し、移動量に基づき、多層回路基板５の位置を校正し、これにより基準穴明機は基準穴明け作業を行う。【選択図】図３

Description

本発明は多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送、位置決めに関する。

電子デバイスにおいて、回路基板（Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｂｏａｒｄｓ）はキーパーツである。
回路基板は他の電子パーツを搭載し、回路基板に導通させ、安定的な回路基板作動環境を構築する。
高密度な回路基板配置の必要がある場合には、回路基板は多層の構造として配置し一体にラミネートされ、多層回路基板を形成する。
多層回路基板では、層間に通孔を設置し各層の回路基板を導通させる必要がある。
しかし、多層回路基板表面は銅箔がラミネートされており、普通のカメラで識別を行うことはできない。
加えて、多層回路基板はラミネート後の耳（樹脂流れ）が裁断されていないため形状が不均一で、外形を基準としてスルーホールを開けるための基準ターゲットの位置を確定することが難しいものもある。
そのため、多くは多層回路基板専用の基準穴明機を採用し、基準孔を開けている。

図１、図２ａ及び図２ｂに示す通り、一般の多層回路基板専用の基準穴明機３ａ構造は少なくとも、作業エリア３１ａ、Ｘ線カメラ及びモニター３５ａを有する。
多層回路基板５ａは、作業エリア３１ａにセットされ、基準穴明け作業が行われる。
多層回路基板５ａが作業エリア３１ａ内にセットされると、Ｘ線カメラは多層回路基板５ａ表面の銅箔を透過して多層回路基板５ａ内層の画像を取得し、画像をモニター３５ａ上に表示する。
次に、操作人員１は、基準穴明機３ａモニター３５ａ上の多層回路基板５ａ内部回路基板パターンを目視し、定位に用いる基準ターゲットをＸ線カメラの撮影範囲まで移動させなければならない（図２ａ参照）。
続いて、基準穴明機が、基準ターゲットを自動識別し、基準穴明け作業を行う（図２ｂ参照）。
一般的には、Ｘ線カメラは、第一撮影ユニット３２ａ及び第二撮影ユニット３３ａを有し、それぞれ異なる基準ターゲット画像を取得し定位を行う。

しかし、基準穴明機の精度を上げるため、Ｘ線カメラは高い倍率に設定する必要があり、これによりＸ線カメラの視野は狭くなってしまう。
この状況で、多層回路基板５ａを基準穴明機３ａ内にセットしても、Ｘ線カメラの撮影範囲内に基準ターゲットがない可能性がある。
この時、操作人員１は多層回路基板を移動させ基準ターゲットを探さなければならない。
よって、Ｘ線カメラ撮影範囲への基準ターゲットの正確なセットが困難でしかも時間がかかる。

近年、多層回路基板の自動搬送装置が開発されている。
例えば、基準穴明機脇に低倍率広視野Ｘ線カメラを有する搬送装置を設置することで、多層回路基板の位置をあらかじめ校正し、基準穴明機に投入して基準穴明け作業を行う。
しかし、この方法で用いる設備は、体積が大きく、設置のために広いスペースが必要である。
よって、他の校正装置の補助が不要で、短時間内に多層回路基板を正確に投入できる小型自動化Ｘ線基準穴明機の開発が待たれている。
さらに、基準穴明機のＸ線カメラを使用する際には、画像信号を取得するために、Ｘ線基準穴明機の改造を行う必要があり、機種によって異なる連結と整合を取る必要があり、簡単に自動化を実現することはできない。

前記先行技術には、簡単に自動化が実現できないという欠点がある。

本発明は多層回路基板を自動搬送し、定位し、基準穴明けをする装置及び方法で、現在主に人の手により行なわれている多層回路基板の基準穴明け作業に取って代わる多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置に関する。

本発明による多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置において、該基準穴明機は、多層回路基板の基準穴明け作業を行う。
該多層回路基板内層は、回路基板パターン及び基準ターゲットを有する。
該基準穴明機は、Ｘ線カメラ及び作業エリアを有する。
該多層回路基板を該作業エリア内にセットすると、該Ｘ線カメラは該多層回路基板内層の画像を取得できる。

該画像が該基準ターゲットの画像を有する時、該多層回路基板が第一位置上にあると定義し、該基準穴明機は、該自動搬送装置から送られる穴明ＯＫ信号を受け取り、こうして該基準穴明機は該基準穴明け作業を行うことができる。

該自動搬送装置は、搬送装置、画像装置及び計算装置を有する。
該多層回路基板が第一位置にない時には、該搬送装置は、該多層回路基板を第二位置へと移動させる。
該第二位置は、該作業エリア内に位置する。
該画像装置は、該基準穴明機のモニターが表示する該第二位置の画像を撮影し、或いは該Ｘ線カメラが取得した該第二位置の画像信号を受け取る。
該計算装置と該搬送装置及び該画像装置とは、電気的に連接し、該計算装置は、該回路基板パターンと相互に対応する回路基板パターン画像を保存し、しかも該第二位置の画像と該回路基板パターン画像とを比較対照し、これにより該搬送装置は、該多層回路基板を該第一位置へと移動させられる。

本発明の多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置は、多層回路基板を自動搬送し、定位し、基準穴明けをする装置及び方法で、現在主に人の手により行なわれている多層回路基板基準穴明け作業に取って代わることができる。

従来の技術による多層回路基板基準穴明け作業の模式図である。 基準穴明機が基準ターゲットを認識する模式図である。 基準穴明機が基準ターゲットを認識する模式図である。 本発明一実施形態の立体模式図一である。 本発明一実施形態の立体模式図二である。 本発明一実施形態の立体模式図三である。 多層回路基板の模式図である。 本発明多層回路基板が第二位置にある様子を示す模式図である。 本発明多層回路基板が第一位置にある様子を示す模式図である。 本発明多層回路基板の移動量演算模式図である。 本発明の別種の実施形態の立体模式図である。

（実施形態）
図３、図４、図５、図６、図７ａ及び図７ｂに示す通り、本発明による自動搬送装置４は、基準穴明機３に応用される。
基準穴明機３は、従来の技術では市場で普遍的な多層回路基板基準穴明機の構造であり、これにより多層回路基板５の基準穴明け作業を行う。

多層回路基板５は一般的な多層回路基板構造で、複数枚の内層回路基板の間に絶縁層を挟んで加熱ラミネートして製造されている。
多層回路基板５の内層回路基板は、回路基板パターン及び少なくとも１個の基準ターゲットを有する。
本実施形態中では、回路基板パターンは、第一図形５３及び第二図形５４を有する。
基準ターゲットの数は２個で、それぞれ第一基準ターゲット５１及び第二基準ターゲット５２で、第一基準ターゲット５１及び第二基準ターゲット５２は、円パターンである。

基準穴明機３構造は、少なくとも作業エリア３１、Ｘ線カメラ及びモニター３５を有する。
多層回路基板５は、作業エリア３１にセットされ、基準穴明け作業が行われる。
Ｘ線カメラと作業エリア３１とは、一定の距離が保たれている。
多層回路基板５が、作業エリア３１内にセットされると、Ｘ線カメラは、多層回路基板５表面の銅箔を透過し、多層回路基板５内層の画像を取得する。
Ｘ線カメラは、第一撮影ユニット３２及び第二撮影ユニット３３を有し、２個の撮影ユニット間の距離を第一距離ＣＤとする。
第一撮影ユニット３２及び第二撮影ユニット３３が取得した画像が同時に、第一基準ターゲット５１及び第二基準ターゲット５２の画像を有する時、多層回路基板は第一位置９１上にあると定義する（図７ｂ参照）。
基準穴明機が、自動搬送装置４からの穴明ＯＫ信号を受け取ると、基準穴明機３は第一基準ターゲット５１及び第二基準ターゲット５２の基準穴明け作業を行う。
モニター３５は、Ｘ線カメラが取得した画像を表示する。

自動搬送装置４は、多層回路基板５を作業エリア３１内に搬送し、搬送装置、画像装置４２及び計算装置４３を有する。
搬送装置は、ロボットアーム４４、４５を有する。
搬送装置は、多層回路基板５を第二位置９２へと移動させ（図７ａ参照）、第二位置９２は、作業エリア３１内に位置する。
ロボットアーム４４、４５の前端には、複数の吸盤４１を有する。
各吸盤４１は、ロボットアーム４４、４５に付属し、多層回路基板５を第二位置９２へ移動させる。
一実施形態中では、自動搬送装置４は、投入台２をさらに有する。
搭載台２には、基準穴明け前の多層回路基板５を置き、これにより搬送装置の多層回路基板５の吸着の便を図る。

画像装置４２は、カメラで、画像装置４２は、基準穴明機３のモニター３５が表示する第二位置９２の画像を撮影でき、それを計算装置４３に伝送する。
計算装置４３は内部に、回路基板パターン画像を保存する。
回路基板パターン画像は、第一基準ターゲット５１の画像、第二基準ターゲット５２の画像、第一保存画像及び第二保存画像を有し、しかも第一保存画像及び第二保存画像は、第一図形５３及び第二図形５４とそれぞれ相互に対応する。
計算装置４３は、画像装置４２が取得した第一基準ターゲット５１の画像及び第二基準ターゲット５２の画像、及びそれと搬送装置との間の位置関係を記録する。

第一保存画像及び第二保存画像の記録には、以下の方法を使用する。
方法１：Ｘ線カメラの視野を１個のエリアとし、左右上下方向に応じて多層回路基板５を何度も移動させ、各エリアを合成した拡大範囲の画像を、第一保存画像及び第二保存画像とし、計算装置４３に予め記録する。
方法２：多層回路基板５の設計データ（ＣＡＤデータ）を利用し画像データを生成し、それを第一保存画像及び第二保存画像とし、計算装置４３に予め記録する。

計算装置４３は、画像装置が取得した画像が、第一基準ターゲット５１の画像及び第二基準ターゲット５２の画像を有するか否かを分析する。
分析の結果、有するということであれば、多層回路基板５は第一位置９１にあり、基準穴明機３を起動して基準穴明け作業を行うことができる。

画像装置４２が取得した画像が、第一基準ターゲット５１の画像及び第二基準ターゲット５２の画像を有しなかった場合には、計算装置４３は、第二位置９２の画像と回路基板パターン画像とを比較対照し、移動量を算出する。
搬送装置は、移動量に基づき、多層回路基板５を第一位置９１へと移動させ、さらに基準穴明機３を起動して基準穴明け作業を行う。

第二位置９２の画像と回路基板パターン画像との比較対照方式は以下の通りである。
予め記録した第一保存画像及び第二保存画像を、複数のＸ線カメラ視野エリアの画像により合成する（図６中の点線ブロック）。
各エリアはどれも容易に識別できる区別特徴を有する。
区別特徴に基づき、計算装置４３は、予め記録した第一保存画像及び第二保存画像の位置に存在する第二位置９２の画像を捜索し、多層回路基板５と第一位置９１との間の相対距離を確定する。
この他、回路基板パターン画像と相互に対応する多層回路基板の設計データ（ＣＡＤデータ）を利用し、比較対照を行うこともできる。

図６及び図８は、多層回路基板の移動量の演算を示す模式図である。
図中に示す通り、符号Ｏは、ロボットアーム４４、４５の旋回中心で、Ｃ１（Ｃ１Ｘ、Ｃ１Ｙ）は、第一保存画像の中心点で、しかもＣ１と第一基準ターゲット５１は一距離（Ｄ_１、Ｄ_２）を隔てる。
Ｃ２（Ｃ２Ｘ、Ｃ２Ｙ）は、第二保存画像の中心点で、Ｐ１（Ｐ１Ｘ、Ｐ１Ｙ）は、第一撮影ユニット３２が取得した画像の中心点で、Ｐ２（Ｐ２Ｘ、Ｐ２Ｙ）は、第二撮影ユニット３３が取得した画像の中心点で、θは修正が必要な角度である。
旋回中心Ｏを原点（０、０）に設定する。
第一撮影ユニット３２、第二撮影ユニット３３の中点と旋回中心Ｏとは、第二距離ＲＤを隔て、Ｃ１（Ｃ１Ｘ、Ｃ１Ｙ）は
Ｃ２（Ｃ２Ｘ、Ｃ２Ｙ）は
Ｐ１（Ｐ１Ｘ、Ｐ１Ｙ）は
及びＰ２（Ｐ２Ｘ、Ｐ２Ｙ）は
しかも、修正が必要な角度θは公式（１）で示す通りである。

搬送装置は、旋回中心Ｏを原点として多層回路基板５に対して−θ角度の旋回を行った後、Ｐ１（Ｐ１Ｘ、Ｐ１Ｙ）は新中心点Ｐ（ＰＸ、ＰＹ）となり、Ｐ２（Ｐ２Ｘ、Ｐ２Ｙ）は新中心点Ｐ’（Ｐ’Ｘ、Ｐ’Ｙ）となる。
ＰＸは
ＰＹは
旋回後、搬送装置は、多層回路基板５移動距離（Ｃ１Ｘ−ＰＸ、Ｃ１Ｙ−ＰＹ）を、中心点ＰをＣ１に校正し、中心点Ｐ’をＣ２に校正する。
さらに、移動距離（Ｄ_１、Ｄ_２）は、第一基準ターゲット５１及び第二基準ターゲット５２を、第一撮影ユニット３２及び第二撮影ユニット３３の撮影範囲内に移動させる。
基準穴明機３が、自動搬送装置４からの穴明ＯＫ信号を受け取ると、基準ターゲットターゲット心において、基準穴明け作業を行う。

本発明の代表的な例において、自動搬送装置４は、停止ユニット４６をさらに有し、安全対策に用い、搬送装置が動作中に人或いは他の物体にぶつかると、直ちに停止する。

本発明の代表的な例において、自動搬送装置４は、受取台６をさらに有し、これに基準穴明け作業完成後の多層回路基板５を置く。

本発明多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置の別種の実施形態の構造模式図である図９に示す通り、本発明の別種の実施形態では、該画像装置は、Ｘ線カメラに電気的に連接し、Ｘ線カメラが取得した回路基板パターンの画像信号を受け取る。

上述方式により、本発明による基準穴明機に応用される自動搬送装置は、別にＸ線設備を追加しなくとも正確定位の効果を達成でき、現在主に人の手により行なわれている多層回路基板基準穴明け作業に置換でき、コスト低下、スペース節減等の長所を備える。
しかも、基準穴明機と自動搬送装置との間に画像信号接続口を増設したり、或いは改造したりする必要がないため、各種規格の多層回路基板Ｘ線基準穴明機に対応でき、自動化を簡単に実現できる。

前述した本発明の実施形態は本発明を限定するものではなく、よって、本発明により保護される範囲は後述される特許請求の範囲を基準とする。

１ 操作人員、
２ 投入台、
３、３ａ 基準穴明機、
３１、３１ａ 作業エリア、
３２、３２ａ 第一撮影ユニット、
３３、３３ａ 第二撮影ユニット、
３５、３５ａ モニター、
４ 自動搬送装置、
４１ 吸盤、
４２、４２ａ 画像装置、
４３ 計算装置、
４４、４５ 多軸ロボットアーム、
４６ 停止ユニット、
５、５ａ 多層回路基板、
５１ 第一基準ターゲット、
５２ 第二基準ターゲット、
５３ 第一図形、
５４ 第二図形、
６ 受取台、
９１ 第一位置、
９２ 第二位置、
Ｃ１、Ｃ２、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ、Ｐ’ 中心点、
Ｄ_１、Ｄ_２ 距離、
ＣＤ 第一距離、
ＲＤ 第二距離、
Ｏ 旋回中心、
θ 角度。

Claims (11)

1. 多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置であって、前記基準穴明機は、多層回路基板の基準穴明け作業を行い、
   前記多層回路基板内層は、回路基板パターン及び基準ターゲットを有し、
   前記基準穴明機は、Ｘ線カメラ及び作業エリアを有し、
   前記多層回路基板を前記作業エリア内にセットすると、前記Ｘ線カメラは前記多層回路基板内層の画像を取得でき、前記画像が前記基準ターゲットの画像を有する時、前記多層回路基板が第一位置上にあると定義し、前記基準穴明機は、前記自動搬送装置から送られる穴明ＯＫ信号を受け取り、こうして前記基準穴明機は前記基準穴明け作業を行うことができ、
   前記自動搬送装置は、搬送装置、画像装置、計算装置を有し、
   前記搬送装置は、前記多層回路基板を第二位置へと移動させ、前記第二位置は、前記作業エリア内に位置し、
   前記画像装置は、前記基準穴明機のモニターが表示する前記第二位置の画像を撮影し、或いは前記Ｘ線カメラが取得した前記第二位置の画像信号を受け取り、
   前記計算装置と前記搬送装置及び前記画像装置とは、電気的に連接し、前記計算装置は、前記回路基板パターンと相互に対応する回路基板パターン画像を保存し、しかも前記第二位置の画像と前記回路基板パターン画像とを比較対照し、これにより前記搬送装置は、前記多層回路基板を前記第一位置へと移動させられることを特徴とする多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置。
2. 前記計算装置内部保存の回路基板パターン画像は、第一基準ターゲットの画像、第二基準ターゲットの画像、第一保存画像及び第二保存画像を有し、
   前記計算装置は、前記画像装置が取得した前記第一基準ターゲットの画像及び前記第二基準ターゲットの画像、及びそれと前記搬送装置との間の位置関係を記録することを特徴とする請求項１に記載の多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置。
3. 前記計算装置は、前記Ｘ線カメラの視野を１個のエリアとして利用し、左右上下方向に前記多層回路基板を複数回移動させ、各エリアを合成した拡大範囲の画像を、前記第一保存画像及び前記第二保存画像とし、前記計算装置に記録することを特徴とする請求項２に記載の多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置。
4. 前記画像装置が取得した画像が、前記第一基準ターゲットの画像及び前記第二基準ターゲットの画像を有しない時には、前記計算装置は、前記第二位置の画像と前記回路基板パターン画像とを比較対照し、その比較対照方式は、
   予め記録した前記第一保存画像及び前記第二保存画像を、複数のＸ線カメラ視野エリアの画像により合成し、各エリアはどれも識別できる区別特徴を有し、前記区別特徴に基づき、前記計算装置は、予め記録した前記第一保存画像及び前記第二保存画像の位置に存在する第二位置の画像を捜索し、前記多層回路基板と第一位置との間の相対距離を確定することを特徴とする請求項３に記載の多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置。
5. 前記計算装置は、前記多層回路基板の設計データ（ＣＡＤデータ）を利用し画像データを生成し、それを前記第一保存画像及び前記第二保存画像とし、前記計算装置に記録することを特徴とする請求項２に記載の多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置。
6. 前記画像装置が取得した画像が、前記第一基準ターゲットの画像及び前記第二基準ターゲットの画像を有しない時には、前記計算装置は、前記第二位置の画像と前記回路基板パターン画像とを比較対照し、
   その比較対照方式は、
   前記回路基板パターン画像と相互に対応する前記多層回路基板の設計データ（ＣＡＤデータ）を利用し、比較対照を行うことを特徴とする請求項５に記載の多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置。
7. 前記画像装置はカメラで、
   前記画像装置は、前記基準穴明機のモニターが表示する前記第二位置の画像を撮影することを特徴とする請求項１に記載の多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置。
8. 前記画像装置は、前記Ｘ線カメラに電気的に接続し、前記Ｘ線カメラが取得した前記第二位置の画像信号を受け取ることを特徴とする請求項１に記載の多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置。
9. 前記搬送装置は、ロボットアームを有し、
   前記多軸ロボットアーム前端には、吸盤を有し、前記多層回路基板を前記作業エリア上へと移動させることを特徴とする請求項１に記載の多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置。
10. 前記自動搬送装置は、投入台及び受取台をさらに有し、
    前記投入台には、基準穴明けをする前の多層回路基板を置き、
    前記受取台には、基準穴明け作業完成後の多層回路基板を置くことを特徴とする請求項１に記載の多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置。
11. 前記自動搬送装置は、停止ユニットをさらに有し、
    前記搬送装置が動作中に人或いは他の物体にぶつかると、直ちに停止させることを特徴とする請求項１に記載の多層回路基板基準穴明機に応用される自動搬送装置。