JPS63162141A - ワークピース位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明はワークピース（たとえばプリント回路基板）に
部品を自動的に実装する際の、ワークピースの位置決め
方法に関する。

〔発明の技術的背景及びその問題点〕

様々な組立工程がますます自動化されてきている。例え
ば表面実装部品を有するプリント回路基板の製造におい
ては、プリント回路基板は、半田ペーストを、部品無搭
載の基板に自動的に塗布するステーションから、部品自
体を自動的に組み付けるステーションまで、移動するこ
とができる。

この場合ワークピース（この例ではプリント回路基板）
を機械に位置合わせするなんらかの機構があるのが普通
である。過去においては、これにはダボピン（ｄｏｗｅ
ｌ　ｐｉｎ）とフェンスが用いられていた。このような
方法は、その機械的な性質のために、それ自体余り融通
が利かないものである。この種の現行のシステムを、従
来予想していたよりかなりサイズの異なる工程部品に適
用する試みは、難しい場合が多い。

〔発明の目的〕

本発明はワークピースの位置決めを正確に行なうことの
できる方法を提供することを目的とする。

〔発明の概要〕

上記の応用例においても、その他多くの同様の例におい
ても、１つのキャリヤまたはフレームに、１つまたは複
数の個々のワークピースを担持するのが有利な場合があ
る。ワークピースはキャリャ上の所定の場所に堅固に保
持されるが、特定の位置に正確に保持する必要はない。

各キャリヤはそれぞれ別個に特定され、識別することが
できる（例えば機械読み取りバーコード等により）。最
初の作業ステーションにおいて、またはその前に、１つ
または複数のワークピースのキャリヤ上における個別の
相対位置が、高精度位置決め機構により決定される。こ
の作業は、自動センシング、パターン認識を含んでも良
いし、ワークピースに固着または作り付けされたターゲ
ットの使用を必要としても良い。ワークピースの位置は
、キャリヤを、ワークピースに関する作業が行われる作
業ステーションに位置決めする何等かのインデックシン
グまたは位置合わせ機構に関連して定められる。

簡単にするために、同じインデックシングまたは位置合
わせシステムを全部のキャリヤに使用し、かつ全部のキ
ャリヤが同じであると仮定する。プログラム可能な制御
機構（例えばコンピュータ等）は、キャリヤに特定のワ
ークピース群を載置するこの特定の工程から生じる特定
の相対位置を記憶して、これらの位置を特定のキャリヤ
と関連づける。従って、ワークピースの位置決め操作は
、キャリヤにワークピースを載置する度に一回だけ行わ
れる。キャリヤが作業ステーションから作業ステーショ
ンへと進むと、それぞれどのキャリヤが手元にあるかを
決定する（もしくは告げられるがもしれない）。キャリ
ヤの位置合わせをした後、゛その作業ステーションは、
作業すべき特定のワークピースに対して、その操作ヘッ
ドまたはキャリヤをオフセット（すなわち相対位置）に
基づいて位置決めまたは位置合わせを、改めて測定した
り検討したすせずに行うことができる。本発明のされた
ばかりのキャリヤ／ワークピースの組合せの後での次に
来る作業ステーションの順序をその通り進める必要は必
ずしもない。すなわち、キャリヤの順序は任意でよいわ
けである。

以上述べた技術の延長として、キャリヤに種々の数のワ
ークピースを載せることができるようにすることが望ま
しい場合がある。このとき、各キャリヤに対する実際の
数は、相対位置と同時期に自動的に定められるのがよい
。次にキャリヤが作業ステーションから作業ステーショ
ンへと移動すると、それぞれが適当な数の操作を行う。

そして、成る作業ステーションがその作業中、ワークピ
ースに致命的な欠陥があると決定すると、作業ステーシ
ョンは、進行中の作業を記したリストからそのワークピ
ースを削除することにより、これをキャリヤから“除去
”することができる。この後、次の作業ステーションは
、あたかもそのキャリヤに初めからその特定のワークピ
ースが載置されていなかったかのように、その作業を進
めて行（。

〔発明の実施例〕

第１図において、本発明との使用に適したキャリヤ１が
示されている。但し、第１図のキャリヤｌは、本発明と
組み合わせてキャリヤを使用する１方法を図示するに過
ぎず、状況に応じて他の型のキャリヤを使用することが
望ましい場合があることは当然である。そのことを念頭
において、キャリヤ１はプレート３に複数のスロット２
が設けられている点に注目する必要がある。スロット２
には空隙５をもつ内側フランジ４が設けられている。ス
ロット２とフランジ４は調節自在のクランプ６を摺動可
能に支持している。各クランプ内の止めネジ７は、図中
、双頭矢印ｍで示す通り、クランプが所属のスロットで
位置を調整できるようになっている。空隙５はクランプ
６をプレート３に挿入したりそこから取り外したりする
ためのものである。

各クランプ６は、プリント回路基板の端を掴むための、
ばね付勢されたフィンガ８を有する。フィンガ８は矢印
９の方向に力を加えることにより、延長可能である。解
放時、各フィンガは矢印１０の方向の力で引っ込む。突
出フェンス１１はプリント回路基板の一端を把持する作
用があり、一方１つまたは複数のフィンガ８は回路基板
をフェンス１１に対して押圧する。回路基板を把持する
のにさらに、第２の突出フェンス１２を補助として用い
ることができるので、回路基板はキャリヤｌの所定の概
略位置に位置されるとともに、取扱中、回路基板の方向
が変わる恐れが少なくなる。

第１図の説明を終わる前に、位置合わせ穴１３と位置合
わせスロット１４とに注目する必要がある。

これらは、各作業ステーションでダボピンとはたらき合
って、加工を行うためにステーション内でキャリヤを位
置決めする。バーコード１５も注目する必要がある。こ
れは独自の方法で各特定のキャリヤを識別するのに用い
られ、必要に応じて各作業ステーションで読み取られる
機械読み取りコードとすることもできる。コードは適切
ならどんなタイプのものを使用してもよく。望ましいの
であれば機械読み取り式でないコードを手動で入力して
も差し支えない。

第２図は、一番人側のばね付勢されたフィンガ８の作用
により、フェンス１１と１２に押圧されているプリント
回路基板１６を示している。成る意味で、フェンス１１
と１２は、回路基板を製造した製造工程が保有するのと
同じ精度をもって、回路基板１６を位置合わせする。し
かしプリント回路基板製造作業の本来の性格といえるこ
とだが、トレースそれ自体での形状間においては、きわ
めて厳密な公差を維持することができる一方、トレース
・パターンのブランク基板への配置は、全体として考え
た場合、簡単に制御することができない。トレース・パ
ターンに対して相対的にプリント回路基板の縁の位置を
１インチの１０００分の１５程度以上に、より良く制御
しようというような企ては不経済であることが明らかに
なることは珍しくない。この様な不確かさが位置決め誤
差を生ずるのだが、この誤差の領域は１０年位前の従来
の部品に比べてずっと小さいものが多いある種の表面実
装部品と共に用いられるトレース幅とパッドサイズのか
なりの部分を占めているのである。位置ずれの最悪の状
態では、自動的に実装された部品の位置がひどくずれて
しまい、単に位置が悪いというだけでなくて、現実に組
立物の電気的誤実装を引き起こす場合さえある。従って
、別の意味合いからすればフェンス１１と１２は、回路
基板１６を大ざっばに、あるいは前準備風に位置決めす
るに過ぎないのである。

作業中、プリント回路基板１６は第２図に概略的に示す
ように、ワークピース・キャリヤ１に載置される。所定
の実施例において、キャリヤ１は、相互に垂直のｘ、ｙ
、ｚ軸に沿った直線差動と、ｚ軸に平行なθ軸を中心と
した回転運動とができる平行移動台を備えたスクリーニ
ング機械（図示せず）内に配置される。平行移動台には
各軸毎にデジタル化手段が設けられているので、台の位
置をいつでも定めることができる。これらの軸の代表的
な位置を第２図に示すが、無論これらの軸はほかにも多
くの位置を取ることができることは明らかである。キャ
リヤ自体は、平行移動台上で、キャリヤｌの穴１３とス
ロット１４とへ突出するダボピン１８と１９により位置
合わせされている。次にオペレータが監視制御システム
に、（ｉ）加工する回路基板の型（作業の正しい収集を
行うためで、異なる回路基板に対応する作業を行うため
ではない）と（ｉ　ｉ）キャリヤ識別コード１５とを知
らせる。代わりに、監視制御システム自体が行う点検手
続きにより、これらのデータを決定してもよい。

作業サイクルが一旦開始すると、以下のような動作が生
じる。所定のプリント回路基板のうちどれが用意されて
いるかの認識に基づき、光センサ２０が非動作位置から
、プリント回路基板１６上のターゲット１７を感知する
にふされしい所定位置に移動する。Ｚ軸アクチュエータ
は、回路基板１６の上面を光センサ２０の底部直下に置
く高さに、キャリヤ１を移動させる。ＸとＹ軸のアクチ
ュエータは、。

第一のターゲットが光センサ２０の付近に来るように回
路基板を配置する。本実施例においては、ターゲラ目７
は、それぞれ直径約１０００分の６０インチ位のトレー
ス材料の反射固体円である。第一のターゲットが光セン
サの付近に来ると、ターゲットは（設計上）その視界内
に入ることになる。別の実施例では、任意の位置に置い
た回路基板上の第一のターゲットを位置決めするために
ハンチング（捜線）アルゴリズムを使用するのが望まし
い場合がある。一旦、第一のターゲットがセンサの視界
内に入ると、Ｘ軸とＹ軸はそれぞれ別々に変化して、タ
ーゲットの対向エツジを視界内で通過させる。これによ
り、Ｘ軸デジタル化手段から、それらの平均がターゲッ
トの中心のＸ座標となる一対のＸエツジ値が生じ、Ｙ軸
デジタル化手段からは、それらの平均がターゲットの中
心のＹ座標となる関連した一対のＹエツジ値が生じる。

この結果、選ばれたターゲットの中心の（Ｘ、Ｙ）位置
が見つけられる。この情報に基づき、第二のターゲット
の考え得る全ての位置の軌跡を定めることができる。こ
のような決定は、フェンス１１と１２を使用する場合の
ように、プリント回路基板１６の配置が任意でない場合
には必要がないこともある。

このような場合には直接第二のセンサの位置を予測する
ことができる。

次にＸ軸とＹ軸が第二のターゲットの付近に平行移動さ
れる。第一のターゲットの場合のように、それぞれの軸
における゛連続位置変動により、第二のターゲットの中
心の位置決めが行われる。この情報に基づき、たまたま
使用中の特定のキャリヤｌへの特定の回路基板１６の配
置を記述するＸと、Ｙとθオフセットが計算される。θ
オフセットは、回路基板１６の局部Ｘ−Ｙ軸を作業ステ
ーションの実際のＸ−Ｙ軸に平行にするのに必要な回転
を表わす。

このときセンサ２０は後退し、ＸとＹとθオフセットを
、オフセットが見いだされたばかりのキャリヤ／ワーク
ピースの組合せのキャリヤＩＤ番号と関連づける、メモ
リ内の表エントリが作成される。この表エントリは回路
基板１６と、作業ステーションで行われる作業とを合わ
せるために用いられる。この整合は、各作業ステーショ
ンで作業を行う機械の種類に応じて、以下に説明する２
通りの基本的な方法により得られる。

スクリーンを介して材料のパターンを付加するような作
業にあっ、では、全体の作業が分割できない１つのユニ
ットとして行われる。スクリーニングの場合、キャリヤ
が平行移動かつ回転し、スクリーンが平行移動かつ回転
するか、または（少ないケースであるが）一方が平行移
動し他方が回転するかのどちらかである。本発明を実施
するために構成された実際の装置では、スクリーンが固
定維持され（これをプリント回路基板と接触または離隔
させるのに必要な運動を除いて）、キャリヤがスクリー
ニング作業ステーションに達すると平行移動かつ回転す
るようになっている。

もう一種の作業では、このような選択及び配置作業には
数度の自由度があり、個々の部品を一度に１つ付加す悉
のに用いられるが、この場合キャリヤはその作業ステー
ションでもとの合わせ位置に固定維持してもよい。平行
移動と回転は、位置決め機構の個々の操作を様々に調整
するためだけに用いられる。

軸の回転と平行移動とにより座標系を関連させる変換自
体は公知である。これらに関する説明は解析幾何学のほ
とんどどんな教科書にも書かれている。例えばＥｄｗｉ
ｎ　Ｊ、　Ｐｕｒｃｅｌｌ著［解析幾何学による計算法
（ＣＡＬＣＵＬＵＳ　ＷＩＴＨＡＮＡＬＹＴＩＣＧＥＯ
Ｍ［ｓＴＲＹ）Ｊ（Ｍｅｒｅｄｉｔｈ　Ｐｕｂｌｉｓｈ
ｉｎｇ　Ｃｏ、＋　１９６５）　６５−７０頁、及び３
１４−３２１頁参照。

Ｘ、Ｙ及びθに対するオフセットの作表の一例を第３Ａ
図に示す。この方法は任意のキャリヤ識別コードを使用
するという長所がある。図に示すように表の各エントリ
は、キャリヤ識別コードと、関連の、Ｘ、Ｙ、　　θの
オフセットとの４つの要素から成り立っている。表は「
上から下」へと伸び、必要な或は実用に供する数のエン
トリを設けて差し支えない。３Ａ図が表すデータ構造の
主な考え方は各エントリがそれぞれ、キャリヤ識別番号
とその関連オフセントとの４つの要素をもつということ
である。またキャリヤ識別番号はどんな順序でリストに
加えてもよく、またリストからエントリを「削除」する
ことも筒車である点は注目すべきである。この例では、
キャリヤ識別符号“ｋｋｋ”がゼロ表示符号“−ｍ−″
に置き換えられた。使用したプログラムの方法に応じて
、「エンド・オフ・リスト」符号を維持するのもよいか
もしれない。

この型の表にエントリを付加するには、キャリヤＩＤに
より裏全体を検索して、同じＩＤに対して既に古いエン
トリがあるかどうかを調べる。もしあれば新しいエント
リをこれに上書きする。なければ×リストの終りに新し
いエントリを作成する。特定のキャリヤのオフセットを
見つけるためには、そのＩＤをもつエントリを検索する
必要がある。

第３Ｂ図は、本発明を実施するためのオフセットの表を
作成するもうひとつの方法を示すものである。この場合
、表へのエントリは、Ｘ、　　Ｙ及びθのオフセットの
３つの要素を組み合わせたセットから成る。セットはキ
ャリヤ識別符号の順序になっている。削除済みまたは空
のエントリはゼロ値により表される。

この種のリストのエントリにアクセスするには、リスト
へのインデックスとしてＩＤを用いるだけでよい。キャ
リヤ識別コードが適当な基数の整数であればこれは簡単
であるが、そうでない場合は、何等かの変換が必要にな
るかもしれない。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明を用いることにより、各作
業ステーションにおいて、改めて測定等しな（でも簡単
にワークピースを正確に位置決めすることができる。ま
た一旦、あるキャリヤとあるワークピースとが関連、特
徴づけられると、その後には、該キャリヤの通過する作
業ステーションの順序は任意で良く、また致命的な欠陥
のあるワークピースへの作業を簡単に除去することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明との使用に適したキャリヤの斜視図、第
２図は第１図のキャリヤにプリント回路基板が装着され
た場面を示す図、第３Ａ図及び第３Ｂ図は本発明による
オフセット情報がメモリ内に記憶される際の例を示す図
である。 ｌ：キャリヤ　　　　　３ニブレート ８：フィンガ　　　　　ｌＬ１２：フェンス１３：位置
合わせ穴　　　１４：位置合わせスロット１５：バーコ
ード　　　　１６：プリント回路基板１７：ターゲット
　　　　１８，１９：ダポピン２０：光センサ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 第１の座標系における、基板と前記基板に描かれたパタ
   ーンとの相対的位置関係情報を含むデータを記憶し、前
   記記憶されたデータに基づいて位置補正を行って第２の
   座標系において前記基板を所定の位置に位置決めするこ
   とを特徴とするワークピース位置決め方法。