JP7232894B2

JP7232894B2 - 実装システム

Info

Publication number: JP7232894B2
Application number: JP2021501192A
Authority: JP
Inventors: 貴紘小林; 一也小谷; 芳行深谷; 健二杉山; 雅史天野
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2019-02-20
Filing date: 2019-02-20
Publication date: 2023-03-03
Anticipated expiration: 2039-02-20
Also published as: JPWO2020170349A1; WO2020170349A1

Description

本開示は、回路基板の表面や回路基板に装着された部品等の外観を検査する外観検査方法、外観検査方法が実施される実装機に関するものである。

特許文献１には、スライダに部品装着ヘッドと基準マークカメラとが一体的に設けられた実装機において、基準マークカメラにより取得された撮像画像に基づいて、回路基板に装着された部品の外観を検査する外観検査方法が記載されている。本外観検査方法においては、部品装着ヘッドにより部品Ａが装着された後に、スライダが撮像位置へ移動させられ、その撮像位置において、基準マークカメラが、部品装着ヘッドにより装着された部品Ａ等を撮像する。そして、撮像画像に含まれる部品Ａを表す部品画像に基づいて、その部品Ａの外観検査が行われる。

特開２０００－１３０９７号公報

開示の概要

開示が解決しようとする課題

本開示の課題は、回路基板の表面や回路基板に装着された部品等の外観検査を効率よく行うことである。

課題を解決するための手段および効果

本外観検査方法においては、スライダの作業位置において、撮像装置により撮像が行われ、その撮像画像に基づいて、すなわち、その撮像画像に含まれる回路基板の表面を表す画像や回路基板に装着された部品を表す画像等に基づいて、回路基板の表面や回路基板に装着された部品等の外観検査が行われる。このように、本外観検査方法においては、外観検査用の撮像画像を取得するためにスライダを専用に移動させる必要がない。その結果、外観検査を効率よく行うことができる。

本開示の実施例１に係る外観検査方法が実施される実装システムを概略的に示す図である。本実装システムには、本開示の一実施形態である実装機が含まれる。上記実装機の平面図である。上記実装機の側面図である。上記実装機における回路基板の平面図である。（５Ａ）、（５Ｂ）上記実装機において用いられる生産プログラムを概念的に示す図である。上記実装機の制御装置の記憶部に記憶された作業制御プログラムを表すフローチャートである。

本開示の実施形態

本開示に係る外観検査方法が実施される実装システムについて、図面に基づいて詳細に説明する。

図１において、本実装システムは、複数のユニット４Ａ～４Ｆ、ホストコンピュータ（以下、ホストＰＣと略称する）８、バス１０等を含む。複数のユニット４Ａ～４Ｆは、それぞれ、コンピュータを主体とする制御装置１２Ａ～１２Ｆを備え、これら制御装置１２Ａ，１２Ｂ・・・とホストＰＣ８とがバス１０を介して互いに通信可能に連結される。以下、ユニット４Ａ，４Ｂ・・・，４Ｆ、制御装置１２Ａ，１２Ｂ・・・，１２Ｆを総称する場合等これらを区別する必要がない場合には、ユニット４または複数のユニット４、制御装置１２または複数の制御装置１２と称する。

本実装システムにおいて、符号４Ａがはんだ印刷機を示し、符号４Ｂが印刷検査機を示し、符号４Ｃ，４Ｄが実装機を示す。また、符号４Ｅが基板外観検査機を示し、符号４Ｆがリフロー炉を示す。本実装システムにおいては、はんだ印刷機４Ａにおいて回路基板にはんだ印刷が行われ、印刷検査機４Ｂにおいてはんだ印刷についての検査が行われる。その後、実装機４Ｃ，４Ｄにおいて回路基板に部品の実装が行われ、基板外観検査機４Ｅにおいて回路基板の表面や回路基板に装着された部品等の外観検査が行われ、リフロー炉４Ｆにおいて、回路基板についての加熱処理が行われる。

実装機４Ｃ，４Ｄは、それぞれ、同じ構造を成すものであるため、以下、実装機４Ｃについて説明し、実装機４Ｄについての説明を省略する。図２，３に示すように、実装機４Ｃは、ベース１２、回路基板（以下、基板と略称する）１４をＸ方向に搬送する基板搬送装置１６、基板１４を保持する基板保持装置１８、基板１４に電子回路部品（図３参照。以下、部品と略称する）Ｐを装着する部品装着装置２２および部品装着装置２２に部品Ｐを供給する部品供給装置２４等が設けられている。基板１４には、基準マークＭが設けられる。なお、基板１４の幅方向をＹ方向、実装機４Ｃの上下方向をＺ方向とする。Ｘ方向、Ｙ方向、Ｚ方向は互いに直交する。

部品供給装置２４は、例えば、複数のテープフィーダ３０を含むものとすることができる。

部品装着装置２２は、装着ヘッド４０により部品Ｐを運び、基板１４の上面に装着するものであり、基板搬送装置１６、基板保持装置１８の上方に設けられる。図２に示すように、部品装着装置２２は、Ｘスライダ４２、Ｘスライダ４２をＸ方向に移動させるＸスライダ移動装置４４，Ｙスライダ４６およびＹスライダ移動装置４８等を含む。Ｙスライダ４６はＸスライダ４２に設けられ、Ｙスライダ移動装置４８は、Ｙスライダ４６をＸスライダ４２においてＹ方向に相対移動させる。装着ヘッド４０はＹスライダ４６に一体的に移動可能に保持される。本実施例において、Ｘスライダ４２、Ｘスライダ移動装置４４、Ｙスライダ移動装置４８等によりスライダ移動装置４１が構成される。

スライダであるＹスライダ４６には、装着ヘッド４０に加えて、基準マークカメラ５４も一体的に移動可能に保持される。
装着ヘッド４０は、ヘッド本体５２と、ヘッド本体５２に対して昇降可能に保持された吸着ノズル５０とを含む。吸着ノズル５０において、部品Ｐが負圧により吸着され、負圧の開放により基板１４に装着される。
基準マークカメラ５４は、主として基板１４に形成された基準マークＭ等を撮像する撮像装置であり、以下、マークカメラ５４と略称する。本実施例においては、マークカメラ５４は、ＣＣＤカメラにより構成されていて、基板１４を上方から撮像する。そのため、マークカメラ５４は、基板１４に形成された基準マークＭに限らず、基板１４の基準マークＭが形成されていない部分を撮像することも可能である。そして、マークカメラ５４によって接続された撮像画像に基づけば、基板１４の表面である上面や基準１４の上面に装着された部品等の外観が分かる。

図１に示すように、制御装置１２Ｃの図示しない入出力部には、図示しない駆動回路を介してＸスライダ移動装置４４、Ｙスライダ移動装置４８、マークカメラ５４、コンピュータを主体とする画像処理装置５８等が接続される。

ホストＰＣ８は、実行部（ＣＰＵ）６０、記憶部６２、図示しない入出力部等を含み、入出力部には、入力装置６４、ディスプレイ６６等が接続される。記憶部６２には、本実装システムにおいて実行される作業、作業において用いられる部品に関する情報等が記憶され、これら情報等に基づいて、実装、検査の順序、内容を定義する生産プログラムが実行部６０において作成され、複数のユニット４に供給される。

以上のように構成された実装システムにおいて、実装機４Ｃ，４Ｄにおいて基板１４に部品Ｐが装着され、基板外観検査機４Ｅにおいて、基板１４の上面や基板１４に装着された部品Ｐ等についての外観検査（以下、単に、基板等の外観検査と略称する場合がある）が行われるのが普通である。しかし、基板等の外観検査には長時間を要するため、実装システム全体における作業時間が長くなる。一方、実装機４Ｃ，４Ｄには、それぞれ、マークカメラ５４が設けられているが、部品Ｐを装着する際に用いられることがなかった。また、マークカメラ５４は、Ｙスライダ４６に設けられるため、装着ヘッド４０と一体的に移動させられる。

そこで、本実施例においては、実装機４Ｃ，４Ｄにおいて部品Ｐの装着が行われる際に、マークカメラ５４により、基板１４が上方から撮像され、その撮像画像が画像処理装置５８に供給される。そして、画像処理装置５８において、その撮像画像に基づいて、基板等の外観検査が行われるようにした。なお、部品Ｐの装着が行われる際にマークカメラ５４によって撮像される基板１４の部分である撮像領域Ｒは、マークカメラ５４の視野で決まる。また、その撮像領域Ｒの位置（例えば、中心点の位置）は、マークカメラ５４と吸着ノズル５０または装着ヘッド４０との相対位置関係等で決まる。

このように、実装機４Ｃ，４Ｄにおいて、部品Ｐの装着が行われる際にマークカメラ５４によって撮像が行われるようにしても、基板１４の全体（基板１４に装着されたすべての部品等を含む）を撮像することは困難である。そのため、実装機４Ｃ，４Ｄにおいて、基板１４の全体について、基板等の外観検査が行われるようにすることは困難である。しかし、本実施例においては、基板外観検査機４Ｅにおいて行われていた基板等の外観検査の一部が実装機４Ｃ，４Ｄにおいて実施されるようにする。その結果、基板外観検査機４Ｅにおいて基板等の外観検査に要する時間を短くすることが可能となり、実装システム全体の作業効率を向上させることができ、作業時間を短くすることができる。

また、ホストＰＣ８において、実装システム全体において、部品の装着、基板等の外観検査が最適な状態で行われるように生産プログラムが作成される。例えば、実装機４Ｃ，４Ｄの各々におけるテープフィーダ３０の配置、装着ヘッド４０の移動時間、作業時間、基板外観検査機４Ｅにおいて要する基板等の外観検査の時間等を考慮して、最も効率よく作業が行われるように、すなわち、最適化が図られるのである。
例えば、図５Ａに、部品の装着と並行してマークカメラ５４による撮像が行われることを予定していない場合に作成された生産プログラムの一例を示し、図５Ｂに、部品の装着と並行してマークカメラ５４による撮像が行われることを予定して作成された生産プログラムの一例を示す。

例えば、図４に示す部品Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃについて、マークカメラ５４と吸着ノズル５０との相対位置関係とマークカメラ５４の撮像領域Ｒとに基づいた場合において、部品Ｐａの装着時に、マークカメラ５４により、部品Ｐｂ，Ｐｃを撮像することができるが、部品Ｐｂの装着時に部品Ｐａ，Ｐｃを撮像することも、部品Ｐｃの装着時に部品Ｐａ，Ｐｂを撮像することも困難である。
一方、図５Ａに示すように、部品Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの順に装着される場合には、部品Ｐａが部品Ｐｂ，Ｐｃより先に装着されるため、マークカメラ５４による撮像には不都合である。

それに対して、本実施例においては、ホストＰＣ８において、実装システム全体の最適化が図られた結果、図５Ｂに示すように、装着順が、部品Ｐｂ、Ｐｃ，Ｐａの順とされるとともに、部品Ｐａの装着と並行してマークカメラ５４による撮像が行われるように、生産プログラムが作成される場合がある。以下、部品の装着の指示を装着指示、部品の装着と撮像とを並行して行う指示を装着・撮像指示（装着並行撮像指示と称することもできる）と称する場合がある。

なお、部品の装着と撮像とが並行して行われる場合には、マークカメラ５４によって得られた撮像画像には、装着ヘッド４０により装着された部品は含まれてないのが普通である。そのため、撮像画像に含まれる部品画像が表す部品である検査対象部品と装着される部品である装着対象部品とは別のものになるのが普通である。
それに対して、部品の装着の後に撮像が行われた場合には、検査対象部品に装着対象部品が含まれる場合もある。
また、装着と撮像とは並行して行われるが、装着の全期間において撮像と並行して行われるようにすることは不可欠ではなく、装着の少なくとも一時期と撮像の少なくとも一時期とが並行して行われればよい。

また、部品Ｐｄ，Ｐｅ，Ｐｆについて、部品Ｐｆは実装機４Ｄにおいて装着される予定の部品である。そのため、実装機４Ｃにおいて、部品Ｐｅの装着時に、マークカメラ５４により部品Ｐｄを撮像することが可能であるが、部品Ｐｆを撮像することができない。そこで、ホストＰＣ８においては、実装システムにおける作業の最適化が図られた結果、図５Ｂに示すように、実装機４Ｃにおいて、部品Ｐｆが装着されるようにするとともに、部品Ｐｅの装着作業と並行してマークカメラ５４の撮像が行われるように、生産プログラムが作成される場合がある。

さらに、実装機４Ｃ，４Ｄにおいては、部品Ｐの装着作業を開始する前に、基準マークＭを撮像し、基準マークＭのＸＹ座標上の位置に基づいて、基板１４の位置誤差が取得されるのが普通である。この場合に、Ｙスライダ４６が、基準マークＭがマークカメラ５４の撮像領域Ｒのほぼ中央に位置する作業位置へ移動させられ、マークカメラ５４により基準マークＭ等が撮像されるようにされていた。
それに対して、本実施例においては、Ｙスライダ４６が、基準マークＭが撮像領域Ｒの端部に位置する作業位置へ移動させられ、マークカメラ５４により基準マークＭ等が撮像される。そして、画像処理装置５８において、撮像画像に基づいて、基板１４の基準マークＭの近傍の部分についての基板等の外観検査が行われるようにした。

このように、本実施例においては、実装機４Ｃ，４Ｄにおいて、基準マークＭを含む撮像画像に基づいて、基板１４の基準マークＭの近傍の部分についての基板等の外観検査が行われる。また、基準マークＭは基板１４の端部に設けられるのが普通であるが、基準マークＭが中央部に位置するように撮像画像が取得されるのではなく、基準マークＭが端部に位置するように撮像画像が取得される。その結果、基板１４の撮像部分を広くすることができ、検査対象部分を広くすることができる。

実装機４Ｃ，４Ｄにおいて、それぞれ、生産プログラムに従って実装作業等が行われる。制御装置１２Ｃ，１２Ｄにおいて、それぞれ、図６のフローチャートで示す作業制御プログラムが実行され、それに伴って、Ｘスライダ移動装置４４、Ｙスライダ移動装置４８、マークカメラ５４等が制御される。

ステップ１（以下、単にＳ１と略称する。他のステップについても同様とする）において、生産プログラムに従って作業指示が読み込まれ、作業指示が、Ｓ２において、装着・撮像指示であるか否か、Ｓ３において、装着指示であるか否か、Ｓ４において、基準マーク撮像指示であるか否かが判定される。Ｓ２，３の判定がＮＯ，Ｓ４の判定がＹＥＳである場合には、Ｓ５，６において、Ｙスライダ４６が、基準マークＭが撮像領域Ｒの端部に位置する作業位置である撮像位置へ移動させられ、停止させられる。その撮像位置でマークカメラ５４により撮像が行われる。Ｓ７において、撮像画像が画像処理装置５８に供給される。画像処理装置５８においては、基準マークＭの位置が取得されるとともに、基板１４の基準マークＭの近傍についての基板等の外観検査が行われる。基板等の外観検査の結果等を表す情報はホストＰＣ８へ供給される。

それに対して、Ｓ２の判定がＮＯ、Ｓ３の判定がＹＥＳである場合には、Ｓ８，９において、スライダ移動装置４１によりＹスライダ４６が作業位置である装着位置へ移動させられ、停止させられる。吸着ノズル５０がヘッド本体５２に対して相対的に下降させられ、部品を装着する。

Ｓ２の判定がＹＥＳである場合には、Ｓ１０，１１において、スライダ移動装置４１によりＹスライダ４６が作業位置である装着位置へ移動させられ、停止させられる。吸着ノズル５０がヘッド本体５２に対して相対的に下降させられ、部品を装着する。この部品の装着と並行して、マークカメラ５４により基板１４が上方から撮像される。吸着ノズル５０はヘッド本体５２に対して相対的に上下方向に移動させられるため、Ｙスライダ４６が上下方向に移動させられることはない。また、マークカメラ５４の撮像時間は吸着ノズル５０による部品の装着時間より長くなる可能性もあるが、その場合には、光源の明るさ等を調節することにより、装着時間より長くならないようにすることもできる。仮に、露光時間を長くすると、撮像時間が装着時間より長くなる可能性が高いため、光源を明るくすることが望ましい。その後、Ｓ７において、撮像画像は、画像処理装置５８に供給される。画像処理装置５８において、撮像画像に基づいて基板等の外観検査が行われる。具体的には、基板１４の上面に異物があるか否か、基板１４の上面の装着される予定の位置に部品Ｐが装着されているか否か、部品Ｐが装着される予定の位置に、正確に、かつ、正しい向きで装着されているか否か等の検査が行われるのである。そして、基板等の外観検査の結果は、ホストＰＣ８へ供給される。

このように、本実施例においては、装着ヘッド４０による部品の装着と並行してマークカメラ５４による基板１４の撮像が行われる。マークカメラ５４によって取得された撮像画像は画像処理装置５８において処理され、撮像画像に基づいて基板等の外観検査が行われる。そのため実装機４Ｃ，４Ｄにおいて実装作業に要する作業時間が長くなることを回避しつつ、基板等の外観検査を行うことができる。また、マークカメラ５４は、従来、部品の装着時には使用されないものであったが、本実施例においては、そのマークカメラ５４を用いて検査対象の撮像が行われる。その結果、マークカメラ５４の有効利用を図ることが可能となる。

さらに、基板外観検査機４Ｅにおいて、実装機４Ｃ，４Ｄにおいてすでに基板等の外観検査が行われた領域以外の部分等について基板等の外観検査が行われればよい。そのため、基板外観検査機４Ｅにおける作業時間を短くすることができ、実装システム全体としての作業時間を短くすることができ、作業効率を向上させることができる。
例えば、基板外観検査機４Ｅにおいて、ホストＰＣ８から基板外観検査機４Ｅに供給された基板等の外観検査の結果（検査対象とされた基板１４の部分、検査対象部品等に関する情報を含む）に基づいて、基板１４のすでに基板等の外観検査が行われた領域を除く領域について、基板等の外観検査が行われるようにすることができる。
また、ホストＰＣ８において、実装機４Ｃ，４Ｄにおいて実行された生産プログラムに基づいて基板外観検査機４Ｅにおいて実行される検査プログラムが作成される場合には、基板外観検査機４Ｅにおいて、検査プログラムに従って基板等の外観検査が行われた結果、基板１４の、実装機４Ｃ，４Ｄにおいて基板等の外観検査が行われた領域以外の領域について、基板等の外観検査が行われる。

以上、本実施例においては、Ｓ５，８，１０がスライダ移動工程に対応し、Ｓ９，１１が装着工程に対応し、Ｓ６，１１が撮像工程に対応する。そのうちのＳ６はマーク撮像工程でもある。また、制御装置１２Ｃ，１２ＤのＳ５，８，１０を記憶する部分、実行する部分等によりスライダ移動制御部が構成され、Ｓ６，１１を記憶する部分、実行する部分等により撮像制御部が構成され、画像処理装置５８等により外観検査部が構成される。

なお、上記実施例においては、実装機４Ｃ，４Ｄの画像処理装置５８において、基板等の外観検査が行われるようにされていたが、ホストＰＣ８において、基板等の外観検査が行われるようにすることもできる。

また、装着ヘッド４０による部品の装着とマークカメラ５４の撮像とが並行して行われるようにすることは不可欠ではなく、装着ヘッド４０による部品の装着の後にマークカメラ５４による撮像が行われるようにすることもできる。この場合には、マークカメラ５４により装着ヘッド４０によって装着された部品Ｂが撮像される場合もあり、その場合には、部品Ｂについての外観検査も行われる。本実施例においては、Ｙスライダ４６を撮像のために移動させる場合に比較して、実装機４Ｃ，４Ｄにおける作業時間を短くすることができる。

さらに、装着ヘッド４０の部品受取位置（部品供給装置２４）と部品の装着位置との間の移動途中に、Ｙスライダ４６の移動を停止させて、基板１４を撮像することもできる。本実施例においては、基板等の外観検査の撮像のために、Ｙスライダ４６が移動させられるのではない。

また、実装機４Ｃ，４Ｄにおける基板等の外観検査の結果は、実装システムに含まれるホストＰＣ８とは別のパソコンに供給されるようにしたり、基板外観検査機４Ｅの制御装置１２Ｅに供給されるようにしたりすること等ができる。

さらに、基板等の外観検査において、基板１４の上面と基板１４に装着された部品Ｐとの両方についての外観検査が行われるようにしても、基板１４の上面と基板１４に装着された部品Ｐとのいずれか一方についての外観検査が行われるようにしても、基板１４の上面と基板１４に装着された部品Ｐとの少なくとも一方に加えて、別の外観検査も行われるようにしてもよい。

また、２Ｄコードの撮像により得られた撮像画像に基づいて外観検査が行われるようにすることもできる等、その他、本開示は、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した形態で実施することができる。

４：ユニット４Ｃ，４Ｄ：実装機８：ホストコンピュータ１０：バス４１：スライダ移動装置４６：Ｙスライダ４８：Ｙスライダ移動装置５４：マークカメラ５８：外観検査装置６０：ＣＰＵ

Claims

スライダと、スライダを移動させるスライダ移動装置と、前記スライダに、一体的に移動可能に設けられた装着ヘッドおよび撮像装置とを含み、前記装着ヘッドにより部品が回路基板に装着される実装機と、
前記実装機の下流側に設けられ、前記回路基板に装着されている部品の外観検査を行う外観検査機と
を含む実装システムであって、
前記実装機が、
前記スライダ移動装置を制御して、前記スライダを、前記装着ヘッドが部品を前記回路基板に装着する装着位置、または、前記撮像装置が、前記回路基板に設けられた基準マークを撮像する撮像位置へ移動させて、停止させるスライダ移動制御部と、
前記スライダの前記装着位置または前記撮像位置において、前記撮像装置に前記回路基板を撮像させる撮像制御部と、
前記撮像装置による前記回路基板の撮像により取得された撮像画像に基づいて、前記回路基板に装着されている１つ以上の部品の外観検査を行う外観検査部と
を含み、
前記外観検査機が、前記実装機において、前記回路基板に装着された部品のうち、前記外観検査部によって前記外観検査が行われなかった前記部品について前記外観検査を行う実装システム。
当該実装システムが、前記実装機において行われた前記部品の外観検査の結果に基づいて前記外観検査機において実行される検査プログラムを作成するシステム制御装置を含む請求項１に記載の実装システム。