WO2014013572A1 - 検査ヘッド、作業装置および電子部品実装ライン - Google Patents

検査ヘッド、作業装置および電子部品実装ライン Download PDF

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    • H05K3/34—Assembling printed circuits with electric components, e.g. with resistors electrically connecting electric components or wires to printed circuits by soldering
    • H05K3/3465—Application of solder
    • H05K3/3485—Application of solder paste, slurry or powder

Definitions

  • This specification relates to an inspection head, a working device, and an electronic component mounting line.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2011-243484 describes a technique that allows one working device incorporated in an electronic component mounting line to operate as a surface mounter or as an inspection machine.
  • the work device can be operated as a surface mounter by attaching a mounting head as a work head of the work device and further attaching a feeder device to the work device.
  • the work head attached to the work device is replaced from the mounting head to the inspection head, and the feeder device attached to the work device is replaced with an inspection computer, thereby operating the work device as an inspection machine.
  • the electronic component mounting line can be easily recombined.
  • This specification discloses an inspection head for inspecting the surface state of a substrate that can be attached as a work head to a working device for working on the substrate.
  • the inspection head captures image data and inspection reference data acquired from the camera in accordance with a camera that shoots a substrate and acquires image data, a storage medium that can store an inspection processing program and inspection reference data, and an inspection processing program. And a control unit that executes an inspection process based on the control unit.
  • the work apparatus By attaching the inspection head as described above to the work apparatus as a work head, the work apparatus can be operated as an inspection machine without separately attaching an inspection computer. Therefore, when the work device is rearranged from the surface mounter to the inspection machine, the work of replacing the feeder device with the inspection computer is not required. Furthermore, when the work device is rearranged from the inspection machine to the surface mounter, the work of removing the inspection computer is not required.
  • the inspection head as described above, the recombination work from the surface mounting machine to the inspection machine and the recombination work from the inspection machine to the surface mounting machine can be performed with less effort.
  • the inspection head may be configured such that the control unit can communicate with a computer external to the work device and output inspection result data indicating the inspection result to a computer external to the work device. .
  • the above-described inspection head can be configured to further include photographing illumination for irradiating the substrate with photographing light.
  • This specification also discloses a working device in which the inspection head is attached as a working head. Furthermore, the present specification also discloses an electronic component mounting line in which the above-described working device is arranged on the downstream side of a working device in which a mounting head for mounting an electronic component on a substrate is attached as a working head.
  • the electronic component mounting line 2 shown in FIG. 1 mainly includes a screen printing machine 4, a plurality of work devices 6, 8, 10, a reflow furnace 12, and a main controller 14.
  • the screen printer 4 screen-prints cream solder on the substrate.
  • the work devices 6, 8, and 10 perform mounting of electronic components on the substrate and inspection of the surface state of the substrate.
  • the reflow furnace 12 heats the substrate to melt the cream solder.
  • the main controller 14 controls the operation of each device of the electronic component mounting line 2 including the screen printing machine 4, the work devices 6, 8, 10 and the reflow furnace 12.
  • Work devices 6, 8, and 10 are modularized, and can be operated as a surface mounter or an inspection machine by changing the type of work head.
  • the working devices 6 and 8 operate as a surface mounter that mounts electronic components on a substrate
  • the working device 10 operates as an inspection machine that inspects the surface state of the substrate.
  • the working device 6 that is a surface mounting machine includes a mounting head 30, a holder 20, a holder driving device 22, a feeder device 24, a substrate transfer device 26, and a module controller 28.
  • the substrate transfer device 26 carries in the substrate from the upstream production device (screen printer 4 in the case of the work device 6) and holds the substrate at the work position, and then the downstream production device (of the work device 6). In this case, the substrate is carried out to the working device 8).
  • the feeder device 24 supplies electronic components to be mounted on the board.
  • the feeder device 24 is detachable from the working device 6.
  • a working head such as a mounting head 30 or an inspection head 32 described later can be attached to the holder 20. In the present embodiment, since the working device 6 operates as a surface mounter, a mounting head 30 is attached to the holder 20.
  • the mounting head 30 includes a nozzle 34, a nozzle driving device 36, an attachment / detachment switching device 38, and a head controller 40.
  • the nozzle 34 sucks an electronic component by generating a negative pressure at its tip, and releases the suction of the electronic component by generating a positive pressure at its tip.
  • the nozzle driving device 36 adjusts the relative position and posture of the nozzle 34 with respect to the holder 20.
  • the attachment / detachment switching device 38 switches between attachment / detachment of electronic components to / from the nozzle 34 by switching between a state in which the negative pressure path communicates with the tip of the nozzle 34 and a state in which the positive pressure path communicates with the tip of the nozzle 34.
  • the head controller 40 controls the operation of the nozzle driving device 36 and the attachment / detachment switching device 38.
  • the holder driving device 22 reciprocates the holder 20 between the feeder device 24 and the substrate transfer device 26.
  • the mounting head 30 is moved above the feeder device 24, the electronic component at the component supply position is attracted to the tip of the nozzle 34, and then the mounting head 30 is moved above the substrate transport device 26 to be at the component mounting position.
  • the electronic component can be mounted on the substrate.
  • the module controller 28 controls the operation of the mounting head 30, the holder driving device 22, the feeder device 24, and the substrate transport device 26.
  • the module controller 28 can communicate with the head controller 40 via a communication line such as a serial bus, a wired LAN, or a wireless LAN.
  • the head controller 40 can communicate with the main controller 14 via a communication line such as a wired LAN or a wireless LAN.
  • the module controller 28 reads a production job from the main controller 14 and controls the operation of the work device 6 according to the read production job. Further, the module controller 28 transmits the work status and the like in the work device 6 to the main controller 14.
  • the working device 10 that is an inspection machine includes an inspection head 32, a holder 20, a holder driving device 22, a substrate transfer device 26, and a module controller 28.
  • the configurations of the holder 20, the holder driving device 22, the substrate transfer device 26, and the module controller 28 are the same as those of the work device 6.
  • an inspection head 32 is attached to the holder 20 as a work head.
  • the inspection head 32 includes a camera 42, a photographing illumination 44, and a head controller 46 (corresponding to a control unit).
  • the camera 42 images the substrate held at the work position by the substrate transfer device 26 and outputs image data to the head controller 46.
  • the photographing illumination 44 irradiates the substrate held at the work position by the substrate transport device 26 with photographing light.
  • the head controller 46 controls the operation of the camera 42 and the photographing illumination 44.
  • the head controller 46 includes a CPU, ROM, RAM, flash memory, and the like. An inspection processing program and inspection reference data are stored in advance in the ROM, RAM, flash memory, and the like (corresponding to a storage medium) of the head controller 46.
  • the head controller 46 can communicate with the module controller 28 via a communication line such as a serial bus, a wired LAN, or a wireless LAN.
  • the head controller 46 can communicate with the main controller 14 (corresponding to a computer outside the work apparatus 10) via a communication line such as a wired LAN or a wireless LAN.
  • the module controller 28 reads a production job from the main controller 14 and controls the operation of the work apparatus 10 according to the read production job.
  • the head controller 46 controls the camera 42 and the photographing illumination 44 to acquire image data, and performs substrate inspection processing based on the acquired image data and inspection reference data.
  • image data acquired by the camera 42 is compared with inspection reference data indicating an image of a non-defective substrate, and whether or not the solder printed on the substrate is shifted or missing, the substrate It is possible to determine whether there is a shortage of electronic components mounted on the device, the presence / absence of a position / angle shift, the presence / absence of foreign matter, and the like.
  • the head controller 46 transmits inspection result data indicating the inspection result to the main controller 14.
  • the head controller 46 may be configured to transmit the inspection result data for each substrate each time. Alternatively, the head controller 46 may aggregate the inspection results for a plurality of substrates and transmit the totaled inspection result data. You may comprise.
  • the head controller 46 stores an inspection processing program and inspection reference data, performs inspection processing based on image data and inspection reference data obtained from the camera 42, and outputs inspection result data. Transmit to the main controller 14. Therefore, it is not necessary to transmit / receive large-capacity image data between the inspection head 32 and the main controller 14 or between the inspection head 32 and the module controller 28. For this reason, the load on the communication line between the inspection head 32 and the main controller 14 or between the inspection head 32 and the module controller 28 can be reduced. Further, it is possible to reduce the load of communication processing in the main controller 14 and the module controller 28 and to stabilize the operation of these controllers.
  • the inspection processing program and inspection reference data stored in the head controller 46 can be rewritten from the main controller 14.
  • the head controller 46 may read the production job from the main controller 14, and the head controller 46 may be configured to control the operation of each part of the production apparatus 10 via the module controller 28.
  • the working device 8 can be operated as an inspection machine.
  • the feeder device 24 attached when the working device 8 is operated as a surface mounter does not affect the operation as an inspection machine, and therefore may be left attached to the working device 8 or removed. Good. Or you may utilize as a stand of the feeder apparatus 24, or an adjustment stand.
  • the working device 8 can be rearranged from the surface mounter to the inspection machine by a simple replacement work.
  • the inspection head 32 attached to the holder 20 is replaced with the mounting head 30.
  • a feeder device 24 for supplying electronic components to be mounted on the substrate is newly attached to the work device 10.
  • the working device 10 can be rearranged from the inspection machine to the surface mounting machine by a simple replacement work.

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  • Supply And Installment Of Electrical Components (AREA)

Description

検査ヘッド、作業装置および電子部品実装ライン
　本明細書は、検査ヘッド、作業装置および電子部品実装ラインに関する。
　特開２０１１－２４３８８４号公報には、電子部品実装ラインに組み込まれた一つの作業装置を、表面実装機として動作させたり、検査機として動作させることが可能な技術が記載されている。この技術では、作業装置の作業ヘッドとして実装ヘッドを取り付け、さらに作業装置にフィーダ装置を取り付けることで、作業装置を表面実装機として動作させることができる。また、この技術では、作業装置に取り付けられた作業ヘッドを実装ヘッドから検査ヘッドに取り換え、さらに作業装置に取り付けられたフィーダ装置を検査用コンピュータに取り換えることで、作業装置を検査機として動作させることができる。この技術によれば、一つの作業装置を、表面実装機として使用することもできるし、検査機として使用することもできるため、電子部品実装ラインの組み換えを容易に行うことができる。
　特開２０１１－２４３８８４号公報に記載の技術では、作業装置を表面実装機から検査機に組み換える際に、実装ヘッドを検査ヘッドに取り換え、さらにフィーダ装置を検査用コンピュータに取り換える作業が必要となり、組み換え作業に時間と労力を必要とする。作業装置を検査機から表面実装機に組み換える際にも、検査ヘッドを実装ヘッドに取り換え、さらに検査用コンピュータをフィーダ装置に取り換える作業が必要となり、組み換え作業に時間と労力を必要とする。表面実装機から検査機への組み換え作業、および検査機から表面実装機への組み換え作業を、より少ない労力で行うことが可能な技術が期待されている。
　本明細書は、基板に対して作業を行うための作業装置に作業ヘッドとして取り付け可能な基板の表面状態を検査する検査ヘッドを開示する。その検査ヘッドは、基板を撮影して画像データを取得するカメラと、検査処理プログラムと検査基準データを記憶可能な記憶媒体と、検査処理プログラムに従って、カメラから取得される画像データと検査基準データに基づいて検査処理を実行する制御部とを搭載している。
　上記のような検査ヘッドを作業装置に作業ヘッドとして取り付けることで、検査用コンピュータを別途取り付けることなく、作業装置を検査機として動作させることができる。従って、作業装置を表面実装機から検査機へ組み換える際に、フィーダ装置を検査用コンピュータへ取り換える作業が不要となる。さらに、作業装置を検査機から表面実装機へ組み換える際には、検査用コンピュータを取り外す作業が不要となる。上記のような検査ヘッドを使用することで、作業装置の表面実装機から検査機への組み換え作業、および検査機から表面実装機への組み換え作業を、より少ない労力で行うことが可能となる。
　上記の検査ヘッドは、前記制御部が、前記作業装置の外部のコンピュータと通信可能であって、検査結果を示す検査結果データを前記作業装置の外部のコンピュータへ出力するように構成することもできる。
　上記の検査ヘッドは、基板に撮影用の光を照射する撮影用照明をさらに搭載するように構成することもできる。
　本明細書は、上記の検査ヘッドが作業ヘッドとして取り付けられた作業装置も開示する。さらに、本明細書は、基板に電子部品を実装する実装ヘッドが作業ヘッドとして取り付けられた作業装置の下流側に、上記の作業装置が配置された電子部品実装ラインも開示する。
　本明細書が開示する技術の詳細は、以下の発明の実施の形態で説明する。
実施例の電子部品実装ライン２の構成を示す図である。 実施例の作業装置６の構成を示すブロック図である。 実施例の作業装置６の機械的な構成の概略を示す横断面図である。 実施例の作業装置１０の構成を示すブロック図である。
（実施例）
　図１に示す電子部品実装ライン２は、主にスクリーン印刷機４と、複数の作業装置６，８，１０と、リフロー炉１２と、メインコントローラ１４を備えている。スクリーン印刷機４は、基板にクリーム状はんだをスクリーン印刷する。作業装置６，８，１０は、基板への電子部品の実装や、基板の表面状態の検査を行う。リフロー炉１２は、基板を加熱してクリーム状はんだを溶融させる。メインコントローラ１４は、スクリーン印刷機４と、作業装置６，８，１０と、リフロー炉１２を含む電子部品実装ライン２の各装置の動作を制御する。
　作業装置６，８，１０は、モジュール化されており、作業ヘッドの種類を変更することによって、表面実装機として動作させることもできるし、検査機として動作させることもできる。一例として、本実施例では、作業装置６，８が基板に電子部品を実装する表面実装機として動作し、作業装置１０が基板の表面状態を検査する検査機として動作する場合について説明する。
　図２に示すように、表面実装機である作業装置６は、実装ヘッド３０と、ホルダ２０と、ホルダ駆動装置２２と、フィーダ装置２４と、基板搬送装置２６と、モジュールコントローラ２８を備えている。基板搬送装置２６は、上流側の生産装置（作業装置６の場合、スクリーン印刷機４）からの基板を搬入して、作業位置に基板を保持した後、下流側の生産装置（作業装置６の場合、作業装置８）へ基板を搬出する。フィーダ装置２４は、基板に実装する電子部品を供給する。フィーダ装置２４は、作業装置６に対して着脱可能である。ホルダ２０には、実装ヘッド３０や後述する検査ヘッド３２などの作業ヘッドを取り付け可能である。本実施例では、作業装置６は表面実装機として動作するため、ホルダ２０には実装ヘッド３０が取り付けられている。
　実装ヘッド３０は、ノズル３４と、ノズル駆動装置３６と、着脱切換装置３８と、ヘッドコントローラ４０を備えている。ノズル３４は、その先端に負圧を発生させることで電子部品を吸着し、その先端に正圧を発生させることで電子部品の吸着を解除する。ノズル駆動装置３６は、ホルダ２０に対するノズル３４の相対的な位置および姿勢を調整する。着脱切換装置３８は、ノズル３４の先端に負圧経路が連通する状態と、ノズル３４の先端に正圧経路が連通する状態の間で切り換わることで、ノズル３４に対する電子部品の着脱を切り換える。ヘッドコントローラ４０は、ノズル駆動装置３６および着脱切換装置３８の動作を制御する。
　図３に示すように、ホルダ駆動装置２２は、ホルダ２０をフィーダ装置２４と基板搬送装置２６の間で往復動作させる。実装ヘッド３０をフィーダ装置２４の上方へと移動させ、部品供給位置にある電子部品をノズル３４の先端に吸着し、その後に実装ヘッド３０を基板搬送装置２６の上方へ移動させ、部品取付位置でノズル３４の先端から電子部品を離脱させることで、基板への電子部品の実装を行うことができる。
　図２のモジュールコントローラ２８は、実装ヘッド３０、ホルダ駆動装置２２、フィーダ装置２４、基板搬送装置２６の動作を制御する。モジュールコントローラ２８は、シリアルバスや有線ＬＡＮ、無線ＬＡＮなどの通信回線を介して、ヘッドコントローラ４０と通信可能である。ヘッドコントローラ４０は、有線ＬＡＮまたは無線ＬＡＮなどの通信回線を介して、メインコントローラ１４と通信可能である。モジュールコントローラ２８は、メインコントローラ１４から生産ジョブを読み出し、読み出した生産ジョブに従って作業装置６の動作を制御する。また、モジュールコントローラ２８は、メインコントローラ１４に、作業装置６における作業の状況等を送信する。
　図４に示すように、検査機である作業装置１０は、検査ヘッド３２と、ホルダ２０と、ホルダ駆動装置２２と、基板搬送装置２６と、モジュールコントローラ２８を備えている。ホルダ２０、ホルダ駆動装置２２、基板搬送装置２６、モジュールコントローラ２８の構成は、作業装置６と同様である。本実施例では、作業装置１０は検査機として動作するため、ホルダ２０には作業ヘッドとして検査ヘッド３２が取り付けられている。
　検査ヘッド３２は、カメラ４２と、撮影用照明４４と、ヘッドコントローラ４６（制御部に相当する）を備えている。カメラ４２は、基板搬送装置２６により作業位置に保持された基板を撮影して、画像データをヘッドコントローラ４６へ出力する。撮影用照明４４は、基板搬送装置２６により作業位置に保持された基板に撮影用の光を照射する。ヘッドコントローラ４６は、カメラ４２および撮影用照明４４の動作を制御する。
　ヘッドコントローラ４６は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等を備えている。ヘッドコントローラ４６のＲＯＭ、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等（記憶媒体に相当する）には、検査処理プログラムと、検査基準データが予め記憶されている。ヘッドコントローラ４６は、シリアルバスや有線ＬＡＮ、無線ＬＡＮなどの通信回線を介して、モジュールコントローラ２８と通信可能である。また、ヘッドコントローラ４６は、有線ＬＡＮまたは無線ＬＡＮなどの通信回線を介して、メインコントローラ１４（作業装置１０の外部のコンピュータに相当する）と通信可能である。モジュールコントローラ２８は、メインコントローラ１４から生産ジョブを読み出し、読み出した生産ジョブに従って作業装置１０の動作を制御する。ヘッドコントローラ４６は、カメラ４２および撮影用照明４４を制御して画像データを取得し、取得された画像データと検査基準データに基づいて基板の検査処理を実施する。ヘッドコントローラ４６が行う検査処理では、例えばカメラ４２で取得された画像データと、良品である基板の画像を示す検査基準データを比較して、基板に印刷されたはんだのずれや欠損の有無、基板に実装された電子部品の欠品や位置・角度のずれの有無、異物の有無等についての判定を行うことができる。ヘッドコントローラ４６は、検査結果を示す検査結果データを、メインコントローラ１４へ送信する。なお、ヘッドコントローラ４６は、それぞれの基板に対する検査結果データをその都度送信するように構成してもよいし、複数の基板に対する検査結果を集計して、集計処理された検査結果データを送信するように構成してもよい。
　本実施例の検査ヘッド３２は、ヘッドコントローラ４６が検査処理プログラムと検査基準データを記憶しており、カメラ４２から得られる画像データと検査基準データに基づいて検査処理を実施し、検査結果データをメインコントローラ１４へ送信する。従って、検査ヘッド３２とメインコントローラ１４の間、あるいは検査ヘッド３２とモジュールコントローラ２８の間で、大容量の画像データを送受信する必要がない。このため、検査ヘッド３２とメインコントローラ１４の間、あるいは検査ヘッド３２とモジュールコントローラ２８の間の通信回線の負荷を軽減することができる。また、メインコントローラ１４やモジュールコントローラ２８における通信処理の負荷を軽減して、これらのコントローラの動作を安定させることができる。さらに、画像データの伝送経路が短くて済むため、検査処理の対象となる画像データがノイズや信号劣化の影響を受けにくく、検査処理の信頼性を向上することができる。ヘッドコントローラ４６に記憶されている検査処理プログラムおよび検査基準データは、メインコントローラ１４から書き換えることができる。
　なお、ヘッドコントローラ４６がメインコントローラ１４から生産ジョブを読み出し、ヘッドコントローラ４６がモジュールコントローラ２８を介して生産装置１０の各部の動作を制御するように構成してもよい。
　電子部品実装ライン２において、表面実装機と検査機の配置を変更したい場合がある。このような場合に、本実施例の作業装置６，８，１０では、表面実装機から検査機への組み換えや、検査機から表面実装機への組み換えを容易に行うことができる。
　例えば、作業装置８を表面実装機から検査機へ変更する場合には、ホルダ２０に取り付けられている実装ヘッド３０を検査ヘッド３２に取り替える。これによって、作業装置８を検査機として動作させることができる。なお、作業装置８を表面実装機として動作させる際に取り付けられたフィーダ装置２４は、検査機としての動作には影響を及ぼさないため、作業装置８に取り付けたままとしてもよいし、取り外してもよい。あるいは、フィーダ装置２４の置き台や調整台として利用してもよい。本実施例によれば、簡単な取替え作業によって、作業装置８を表面実装機から検査機に組み換えることができる。
　作業装置１０を検査機から表面実装機へ変更する場合には、ホルダ２０に取り付けられている検査ヘッド３２を実装ヘッド３０に取り替える。また、基板へ実装すべき電子部品を供給するフィーダ装置２４を作業装置１０に新たに取り付ける。本実施例によれば、簡単な取替え作業によって、作業装置１０を検査機から表面実装機に組み換えることができる。
　本発明の代表的かつ非限定的な具体例について、図面を参照して詳細に説明した。この詳細な説明は、本発明の好ましい例を実施するための詳細を当業者に示すことを単純に意図しており、本発明の範囲を限定することを意図したものではない。また、開示された追加的な特徴ならびに発明は、さらに改善された検査ヘッド、作業装置および電子部品実装ラインを提供するために、他の特徴や発明とは別に、又は共に用いることができる。
　また、上記の詳細な説明で開示された特徴や工程の組み合わせは、最も広い意味において本発明を実施する際に必須のものではなく、特に本発明の代表的な具体例を説明するためにのみ記載されるものである。さらに、上記の代表的な具体例の様々な特徴、ならびに、独立及び従属クレームに記載されるものの様々な特徴は、本発明の追加的かつ有用な実施形態を提供するにあたって、ここに記載される具体例のとおりに、あるいは列挙された順番のとおりに組合せなければならないものではない。
　本明細書及び／又はクレームに記載された全ての特徴は、実施例及び／又はクレームに記載された特徴の構成とは別に、出願当初の開示ならびにクレームされた特定事項に対する限定として、個別に、かつ互いに独立して開示されることを意図するものである。さらに、全ての数値範囲及びグループ又は集団に関する記載は、出願当初の開示ならびにクレームされた特定事項に対する限定として、それらの中間の構成を開示する意図を持ってなされている。
　以上、本発明の具体例を詳細に説明したが、これらは例示に過ぎず、特許請求の範囲を限定するものではない。特許請求の範囲に記載の技術には、以上に例示した具体例を様々に変形、変更したものが含まれる。本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時請求項記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成し得るものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。

Claims (5)

  1. 　基板に対して作業を行うための作業装置に作業ヘッドとして取り付け可能な基板の表面状態を検査する検査ヘッドであって、
    　基板を撮影して画像データを取得するカメラと、
    　検査処理プログラムと検査基準データを記憶可能な記憶媒体と、
    　検査処理プログラムに従って、カメラから取得される画像データと検査基準データに基づいて検査処理を実行する制御部とを搭載した検査ヘッド。
  2. 　前記制御部が、前記作業装置の外部のコンピュータと通信可能であって、検査結果を示す検査結果データを前記作業装置の外部のコンピュータへ出力する請求項１の検査ヘッド。
  3. 　基板に撮影用の光を照射する撮影用照明をさらに搭載した請求項１の検査ヘッド。
  4. 　請求項１から３の何れか一項の検査ヘッドが作業ヘッドとして取り付けられた作業装置。
  5. 　基板に電子部品を実装する実装ヘッドが作業ヘッドとして取り付けられた作業装置の下流側に、請求項４の作業装置が配置された電子部品実装ライン。
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