JP7752575B2 - 部品実装装置、バックアップピンの検索方法 - Google Patents

Description

この発明は、バックアップピンを検索する技術に関する。

プリント基板等の基板に部品を自動搭載する部品実装装置が公知である。部品実装装置には、複数のバックアップピンを配置したバックアッププレートが装備されており、基板は、バックアップピンにより背面側から支持された状態で部品の実装作業を受ける。下記特許文献１は、バックアッププレートの画像認識結果を利用して、バックアッププレート上に配置されたバックアップピンを検索する点を開示する。

特許６８２３１５６号公報

一般的に、カメラの視野はバックアッププレートよりも狭い。そのため、バックアッププレート上の全域についてバックアップピンの検索を行うには、カメラで複数回の撮影が必要である。バックアップピンの検索を効率的に行うには、カメラの撮影回数を少なくすることが好ましい。カメラ以外の検索手段を用いる場合も、同様の問題がある。
この発明の課題は、バックアップピンの検索回数、検索時間を短縮して、バックアップピンの検索を効率的に行う点にある。

部品実装装置は、バックアッププレートと、バックアッププレート上に配置されるバックアップピンと、ヘッドユニットと、前記ヘッドユニットに取り付けられ、前記バックアッププレート上の前記バックアップピンを検索する検索装置と、制御ユニットと、を備える。

前記制御ユニットは、前記検索装置を用いて、前記バックアッププレート上の所定の検索エリアを対象に前記バックアップピンを検索し、前記バックアップピンを発見した場合、発見したピン周囲のピン不存在範囲を除外して、次の検索エリアを設定する。

本構成では、バックアップピンの検索回数、検索時間を少なくして、バックアップピンの検索を効率的に行うことが出来る。

上記部品実装装置の一実施態様として、前記検索装置は、撮影装置でもよい。この構成では、部品実装装置に標準的に装備される撮影装置を使用して、バックアップピンを検索できる。

本明細書で開示される技術によれば、バックアップピンの検索回数、検索時間を短縮して、バックアップピンの検索作業を効率化することが出来る。

部品実装装置の平面図である。 ヘッドユニットの支持構造を示す図である。 部品実装装置の電気的構成を示す図である。 バックアッププレートの平面図 ピンの形状を示す図 ピンとピン孔の関係を示す図 ピン孔と撮影エリアの関係を示す図 ピン不存在範囲を示す図（発明適用） ピンの検索例を示す図（比較例） 比較例を示す図 ピン検索処理のフローチャート ピンの配列を示す図 ピンの検索例を示す図（発明適用） ピンの検索例を示す図（比較例）

１．部品実装装置１の全体構成
図１は、本発明に係る部品実装装置１平面図、図２は、ヘッドユニットの支持構造を示す図である。同図中には、Ｚ軸方向を鉛直方向とするＸＹＺ直角座標軸を適宜示している。

部品実装装置１は、プリント配線板等の基板Ｓに、電子部品を自動搭載する装置である。部品実装装置１は、基台２、基板搬送機構４、部品供給部８、部品の実装作業を行うヘッドユニット１０および部品認識用のカメラ１４等を備えている。

基台２は、テーブル状の構造体である。基台２の前後方向（Ｙ軸方向）中央部分は、基板Ｓに対して部品の実装作業を行う作業エリアであり、この作業エリアには、基板搬送機構４が配置されている。図１では、その下側が装置前側であり、上側が装置後側である。

基板搬送機構４は、前後一対のコンベア５と、これらコンベア５によって搬送される基板Ｓを所定の作業位置（同図に示す位置）に固定する基板支持機構６とを備えている。

コンベア５は、Ｘ軸方向に延在するベルトコンベアであり、基板Ｓは、装置左側（図１の左側）から装置内に搬入され、前記作業位置において部品の実装作業を受けた後、装置右側から装置外に搬出される。

基板支持機構６は、基板Ｓをコンベア５のベルトから持ち上げて、コンベアフレームに設けられた固定バックアッププレート部に押し付けることで、前記作業位置に基板Ｓを固定する。詳しくは、基板支持機構６は、エアシリンダ等のアクチュエータによって昇降駆動されるバックアッププレート２０を備えており、このバックアッププレート２０を上昇させることで、その上面に挿着されたバックアップピン２２で基板Ｓを背面（下面）側から支持する。バックアップピン２２の配置は、基板Ｓの種類に応じて手動、又は自動で変更される。

基板搬送機構４の前後両側に、部品供給部８が設けられている。部品供給部８には、各々、複数のテープフィーダ９がコンベア５に沿って配置されている。テープフィーダ９は、テープを担体（キャリア）として、実装用の部品を供給するものである。テープフィーダ９は、例えば、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ部品の他、ＳＯＰ（Ｓｍａｌｌ Ｏｕｔｌｉｎｅ Ｐａｃｋａｇｅ）等の小型のパッケージ部品を供給する。

基台２の上方に、ヘッドユニット１０が移動可能に装備されている。ヘッドユニット１０は、テープフィーダ９から部品を取り出して基板Ｓに搭載するもので、サーボモータを駆動源とするヘッドユニット駆動機構により、前後左右（ＸＹ方向）に移動可能に駆動される。具体的には、左右方向（Ｘ軸方向）に延在して前後方向（Ｙ軸方向）に移動可能なヘッドユニット支持部材１６が上記作業エリアの上方に配備され、このヘッドユニット支持部材１６にヘッドユニット１０が移動可能に支持されている。

そして、Ｙ軸モータ１７を駆動源とするねじ送り機構によってヘッドユニット支持部材１６が前後方向に駆動され、Ｘ軸モータ１８を駆動源とするねじ送り機構によりヘッドユニット１０がヘッドユニット支持部材１６に沿ってＸ軸方向に駆動される。つまり、ヘッドユニット支持部材１６及び上記ねじ送り機構によりヘッドユニット駆動機構が構成されている。

ヘッドユニット１０は、部品吸着用の複数のヘッド１１と、基板認識用の２つのカメラ１２（以下、第１カメラ１２と称す／本発明の撮像装置に相当する）とを備えている。複数のヘッド１１は、左右方向に一列に配置されている。各ヘッド１１は、昇降および回転が可能であり、サーボモータを駆動源とする図外の昇降機構および回転機構により駆動される。部品は、これらヘッド１１によって吸着されることでテープフィーダ９から取り出される。

第１カメラ１２は、前記作業位置における基板Ｓの正確な位置を認識するために、基板Ｓに付されたフィデューシャルマークを撮像するものである。第１カメラ１２は、撮像素子を備えたカメラ本体と照明装置とを備えており、ヘッドユニット１０の左右両端に下向きに配置されている。なお、第１カメラ１２は、後述する通り、基板Ｓの認識以外に、上記バックアップピン２２の検索にも用いられる。この場合には、２つの第１カメラ１２のうちの一方又は双方が用いられる。第１カメラ１２は、本願発明の「撮影装置」、「検索装置」に相当する。

基台２上であって、各部品供給部８と基板搬送機構４との間には、各々、前記部品認識のカメラ１４（以下、第２カメラ１４と称す）が装備されている。第２カメラ１４は、各ヘッド１１によりテープフィーダ９から取り出された部品の吸着状態を認識するために当該部品を撮像するものであり、基台２上に上向き配置されている。第２カメラ１４も、第１カメラ１２と同様に、撮像素子を備えたカメラ本体と照明装置とを備えている。

部品実装装置１における部品の実装動作は概略的には次の通りである。先ず、ヘッドユニット１０が部品供給部８上に移動し、各ヘッド１１によりテープフィーダ９から部品が取り出される。その後、ヘッドユニット１０が第２カメラ１４上を経由して基板Ｓの上方に移動し、各ヘッド１１に吸着された部品が基板Ｓの実装ポイントに実装（搭載）される。この際、第２カメラ１４により取得した吸着部品の画像に基づいてヘッドユニット１０の位置等が補正されることにより、部品が実装ポイントに正しく実装される。これが実装動作の一サイクルであり、以後、このサイクルが繰り返し実施されることで所要の部品が基板Ｓに実装される。

部品実装装置１で実行される上記動作は、図３に示すように、部品実装装置１に装備された制御ユニット３０によって制御される。

制御ユニット３０は、ＣＰＵやメモリで構成されたコンピュータであり、制御ユニット３０で実行される制御を管理する主制御部３２を有する。さらに、制御ユニット３０は、プログラムや各種データを記憶する記憶部３３、主制御部３２からの指令に基づき前記カメラ１２、１４の撮像動作を制御するカメラ制御部３４、前記カメラ１２、１４から送信される画像データに所定の画像処理を施す画像処理部３５、主制御部３２からの指令に基づき前記モータ１７、１８等を制御する駆動制御部３６、およびこれらと主制御部３２とを接続するバス３１を有する。

部品実装装置１では、上記した通り、基板Ｓは、基板支持機構６のバックアッププレート２０により支持された状態、詳しくは複数のバックアップピン２２（以下、適宜ピン２２と略す）により支持された状態で実装作業を受ける。

２．バックアップピンについて
基板Ｓの支持に適したピン２２の数や配置（以下、単に配置という）は、基板Ｓの種類によって異なる。そのため、基板Ｓの品種切り替えの際に、必要に応じてピン２２の配置が変更される。詳しくは、図４に示すように、バックアッププレート２０の上面２０ａ（ピン支持面２０ａという）には、縦横の間隔が等しいマトリクス状の配列で複数のピン孔２１が設けられている。

当例では、バックアッププレート２０には、Ｘ軸方向に等間隔で１２個、Ｙ軸方向に等間隔で８個の合計９６個のピン孔２１がマトリクス状に設けられている。そして、これらのピン孔２１のうち、基板Ｓに適した位置のピン孔２１にピン２２が挿着され、生産される基板Ｓの品種切り替えの際には、切り替え後の基板Ｓに適合するようにピン２２の配置が変更される。

ピン２２の配置の変更は、手動、又は自動で行われる。自動の場合は、ピン２２を搬送するための専用ツールがヘッド１１に装着され、ヘッド１１の昇降動作およびヘッドユニット１０の移動動作に基づき、バックアッププレート２０に対してピン２２が抜き差しされる。これによりピン２２の配置が変更される。尚、部品実装装置１には、ピンステーションＳＴが設置されており、未使用のバックアップピン２２を回収するようになっている。

上記部品実装装置１では、バックアップピン２２の配置を記憶部３３に記憶している。そのため、例えば、バックアップピン２２をピンステーションＳＴに回収する場合、記憶部３３にアクセスしてデータを読み出すことで、現在のピン配置を確認でき、バックアッププレート２０からピン２２をピンステーションＳＴに回収することが出来る。

しかしながら、ピン２２を回収するときに、記憶部３３のデータが消え、バックアップピン２２の所在が不明の場合（例えば、部品実装装置１の電源ＯＦＦに伴いデータが消えた場合）、バックアッププレート上のどこにバックアップピン２２があるのか、検索する必要がある。

３．バックアップピンの検索
（１）前提条件１
図５は、バックアップピン２２の正面図と、底面図である。バックアップピン２２は、ピン本体２３と、底部２４と、挿入部２５と、を備える。底部２４は、ピン本体２３より大径である。挿入部２５は、ピン本体２３より小径であり、ピン孔２１に挿入される。図５に示すＤは、ピンの底径（底部２４の直径）を、示している。

ピン２２の底径Ｄ及びピン孔２１のピッチＰの寸法上、複数のピン配置では、ピン同士の距離を一定間隔空けなければ、ならない（隣接不可範囲）。つまり、ピン２２が存在する位置から一定範囲にはピン２２が存在しないことが確定（仮にピン２２を配置すると、存在するピン２２に干渉する）する。

例えば、図６に示すように、ピン孔２１Ａにピン２２が存在する場合、隣接する範囲、具体的には、ピン孔２１Ｂ～２１Ｆには、ピン２２が存在しないことが確定する。

（２）前提条件２
図７に示すように、第１カメラ１２の撮影エリアＥＲに複数のピン孔２１が存在するため、一度の撮影で複数のピン孔２１についてピン２２の有無を画像認識できる。

この実施形態では、第１カメラ１２の撮影エリアＥＲは、その一辺の長さがピン孔２１のピッチＰの２倍（２×Ｐ）とほぼ等しい正方形である。そのため、一度の撮影で、最大９個のピン孔２１を視野内に収めて同時に撮影できる。

（３）前提条件１、２の組み合わせ
前提条件１及び前提条件２より、カメラ１２による撮影でピン２２が発見された場合、発見されたピン周囲において、ピン２２が不存在なピン不存在範囲（ピン不存在が確定したピン孔）Ｗを特定できる。図８に示すピン孔２１Ａを撮影中心とし、隣接する８個のピン孔２１を撮影エリアＥＲに収めて、撮影を行ったとする。

その際、左上の角のピン孔２１Ｂでピン２２が発見された場合、左上のピン孔２１Ｂの周囲は、ピンが存在しないピン不存在範囲Ｗである。具体的には、左上のピン孔２１Ｂに隣接する５つのピン孔２１（ハッチングの丸印で示す）には、ピン２２が存在せず、ピン不存在範囲である。

同様に、右下の角のピン孔２１Ｃでピン２２が発見された場合、右下のピン孔２１Ｃの周囲は、ピンが存在しないピン不存在範囲Ｗである。具体的には、右下のピン孔２１Ｃに隣接する５つのピン孔２１（ハッチングの丸印で示す）は、ピン２２が存在せず、ピン不存在範囲である。

（４）ピン不存在範囲Ｗを除外したピン検索
上記の通り、ピン２２の周囲に、ピン不存在範囲Ｗが存在するため、撮影結果（各ピン孔におけるピンの有無）からピン不存在範囲Ｗを特定し、ピン不存在範囲Ｗを除外して、次の撮影エリアＥＲを決定することで、ピン検索に要する撮影回数を少なくすることが出来る。

例えば、図９に示すように、ピン孔２１が７×７の配列で一つ置きにピン２２が配置されている場合、ピン不存在範囲Ｗを除外して、次の撮影エリアＥＲを決めることで、全ピン孔２１について、合計４回の撮影で、ピン検索を行うことが出来る。尚、図９において矢印は検索の順番を示し、ハッチングの丸印はピンの不存在が確定しているピン孔２１を示している。

これに対し、ピン不存在範囲Ｗを除外しない場合、図１０に示すように、ピン検索に９回の撮影が必要であり、本技術を用いた場合、撮影回数が９回から４回に大幅に減少する。

（５）ピン検索処理のフローチャートである。
図１１に示すように、ピン検索処理は、Ｓ１０～Ｓ８０の８つのステップから構成されている。ピン検索処理は、例えば、バックアップピン２２をピンステーションＳＴに回収する際し、その事前処理として、実行される。

まず、Ｓ１０において、制御ユニット３０は、ピンステーションＳＴに全ピン２２が格納されているか、判定する。この判定は、例えば、第１カメラ１２でピンステーションＳＴを撮影し、ピンステーションＳＴの画像から判断することが可能である。

ピンステーションＳＴに全ピン２２が格納されている場合（Ｓ１０：ＹＥＳ）、バックアッププレート２０上にピン２２は存在していないから、ピン２２の検索処理は終了する。

ピンステーションＳＴに格納されていないピン２２が存在する場合（Ｓ１０：ＮＯ）、Ｓ２０に移行する。

Ｓ２０に移行すると、制御ユニット３０は、ヘッドユニット１０をバックアッププレート２０上に移動し、バックアッププレート２０上の未検索エリアを対象として、第１カメラ１２により画像を撮影し、得られた画像に基づいて各ピン孔２１におけるピン２２の有無を検出する。

初回の検索では、全エリアが未検索であることから、バックアッププレート２０の４角いずれかのエリアを撮影エリアＥＲに指定して撮影を行い、ピン２２の有無を検出する。その後、Ｓ３０に移行する。

Ｓ３０に移行すると、制御ユニット３０は、初回の検索エリア（撮影エリアＥＲ）からピン２２が検出されたか否か、判断する。ピン２２が検出された場合（Ｓ３０：ＹＥＳ）、Ｓ４０に移行する。

Ｓ４０に移行した場合、制御ユニット３０は、以下の２つを除外して、次の検索エリア（撮影エリアＥＲ）を決定する。

（Ａ）検索済みのエリア
（Ｂ）ピン不存在範囲Ｗ

一方、初回の検索エリアからピン２２が検出されなかった場合（Ｓ３０：ＮＯ）、Ｓ５０に移行する。

Ｓ５０に移行すると、制御ユニット３０は、（Ａ）の検索済みのエリアのみ除外して、次の検索エリア（撮影エリアＥＲ）を決定する。

その後、Ｓ６０に移行し、制御ユニット３０は、Ｓ４０で決定した次の検索エリア又はＳ５０で決定した次の検索エリアを対象として、カメラ撮影を行い、得られた画像に基づいて、各ピン孔２１におけるピン２２の有無を検出する。その後、Ｓ７０に移行する。

Ｓ７０に移行すると、制御ユニット３０は、全ピン２２が発見されたか、判定する。未発見ピン２２が存在する場合（Ｓ７０：ＮＯ）、Ｓ８０に移行する。Ｓ８０に移行すると、制御ユニット３０は、未検索のエリアが残っているか、判定する。

未検索のエリアが有る場合（Ｓ８０：ＮＯ）、Ｓ３０に移行し、既に説明したのと同じように処理が繰り返される。

そして、全ピン２２が発見されるか（Ｓ７０：ＹＥＳ）、未検索エリアが無くなると（Ｓ８０：ＹＥＳ）、ピン２２の検索処理は終了する。

図１２は、ピン孔２１の配列とピン２２の配置を示す図である。この例では、１２×８のピン孔２１を有するバックアッププレート２０に対して、９本のバックアップピン２２が配置されている。

図１３は、ピン２２の検索例を示す図である。白丸はピンが配置されていないピン孔２１、黒丸はピンが配置されているピン孔２１、ハッチングの丸印は、ピンの不存在が確定しているピン孔２１である。この例では、１段目は、左隅から右隅に撮影エリアＥＲを移動させている。ピン不存在範囲Ｗを除外して、撮影エリアＥＲの位置を決定することで、１段目は、３回の撮影でピン検索を完了している。

二段目は、右隅から左隅に撮影エリアＥＲを移動させている。１段目同様に、ピン不存在範囲Ｗを除外して、撮影エリアＥＲを設置することで、３回の撮影でピン検索を完了している。

三段目は、左隅から右隅に撮影エリアＥＲを移動させている。１段目、２段目同様に、ピン不存在範囲Ｗを除外して、撮影エリアＥＲを設置することで、４回の撮影でピン検索を完了している。

このように、全１０回の撮影で、バックアッププレート２０の全領域について、ピン検索を完了できる。これに対し、不存在範囲Ｗを除外しない場合、図１４に示すように、ピン検索に１２回の撮影が必要であり、本技術を用いた場合、撮影回数が１２回から１０回に減少する。尚、この技術は、ピンの検索結果（有無）に応じて、次の検索エリアの位置を動的に変更することが、特徴の一つになっている。

４．効果説明
本構成では、バックアッププレート上のピン２２を検索するに際し、ピン孔２１の撮影回数を少なくすることができる。特に、検索済みのピン数が多くなればなるほど、ピン不存在範囲Ｗが広くなる。そのため、検索エリアＥＲが減り、撮影回数を少なくすることが出来る。撮影回数を少なくすることで、検索時間も削減することができ、ピン２２の検索作業を効率的に行うことが出来る。また、ピン２２は、密集して配置される場合も多く、そうした場合、本技術の適用により、撮影回数、検索時間の大幅な削減が可能であり、効果的である。

＜他の実施形態＞
本明細書で開示される技術は上記既述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も技術的範囲に含まれる。

上記実施形態では、バックアップピン２２の検索にカメラ１２を使用したが、ピン２２の検出が可能であれば、レーザ検出器やセンサ等を使用してもよい。

上記実施形態では、本技術をバックアップピンの検索に使用した例を説明したが、バックアッププレート上に余分なバックアップピンがないかのチェックに応用することもできる。

１ 部品実装装置
１０ ヘッドユニット
１２ 第１カメラ（本発明の撮影装置、検索装置に相当する）
２０ バックアッププレート
２２ バックアップピン
３０ 制御ユニット
Ｗ ピン不存在範囲

Claims (3)

1. 部品実装装置であって、
   バックアッププレートと、
   バックアッププレート上に配置されるバックアップピンと、
   ヘッドユニットと、
   前記ヘッドユニットに取り付けられ、前記バックアッププレート上の前記バックアップピンを検索する検索装置と、
   制御ユニットと、を備え、
   前記制御ユニットは、前記検索装置を用いて、前記バックアッププレート上の所定の検索エリアを対象に前記バックアップピンを検索し、
   前記バックアップピンを発見した場合、発見したピン周囲のピン不存在範囲を除外して、次の検索エリアを設定する、部品実装装置。
2. 請求項１に記載の部品実装装置であって、
   前記検索装置は、撮影装置である、部品実装装置。
3. バックアップピンの検索方法であって、
   バックアッププレート上の所定の検索エリアを対象に前記バックアップピンを検索し、
   前記バックアップピンを発見した場合、発見したピン周囲のピン不存在範囲を除外して、次の検索エリアを設定する、バックアップピンの検索方法。