(57)【要約】  ピックアンドプレース機１０２は、ピックアンドプレース機１０２内の少なくとも１つの部品に関連する動作に関する、少なくとも１つの画像を取得するための映像系１０６を含む。少なくとも１つの画像は、部品に関連する動作に対応付けられた１つ又は複数の追跡キーとともに蓄積される。そして、画像１４８及び対応付けられた追跡キー１４２のデータベース１４４は、制御不能であるか又は制御不能である恐れがある態様を識別するために、ピックアンドプレース機１０２の動作を分析するために使用できる。
2009538530.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピックアンドプレース機の操作に関連する情報の取得及び蓄積方法であって、
ピックアンドプレース機内の画像を取得する工程と、
画像に関連する少なくとも１つの追跡キーを得る工程と、
画像を蓄積する工程と、
少なくとも１つの追跡キーを蓄積する工程と、
少なくとも１つの追跡キーを画像と対応付ける工程と、
を含む方法。
【請求項２】
画像が部品のピッキング動作に関連している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
画像が部品の配置動作に関連している、請求項１記載の方法。
【請求項４】
画像及び少なくとも１つの追跡キーが、データベースに蓄積される、請求項１記載の方法。
【請求項５】
データベースが分散型データベースである、請求項４記載の方法。
【請求項６】
少なくとも１つの追跡キーが、ピックアンドプレース機についての情報を含む、請求項１記載の方法。
【請求項７】
追跡キーが、ピックアンドプレース機から得られる、請求項６記載の方法。
【請求項８】
少なくとも１つの追跡キーが、部品についての情報を含む、請求項１記載の方法。
【請求項９】
追跡キーが、ピックアンドプレース機から得られる、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
少なくとも１つの追跡キーが、基板についての情報を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１１】
少なくとも１つの追跡キーが、ピックアンドプレース機から得られる、請求項１０記載の方法。
【請求項１２】
少なくとも１つの追跡キーが、画像が取得されたときに存在する環境変数についての情報を含む、請求項１記載の方法。
【請求項１３】
少なくとも１つの追跡キーが、少なくとも１つのセンサから得られる、請求項１２記載の方法。
【請求項１４】
少なくとも１つの追跡キーが、ピックアンドプレース機から得られる、請求項１２記載の方法。
【請求項１５】
ピックアンドプレース機の動作を評価する方法であって、
ピックアンドプレース機内部の、部品ピッキング動作に関する少なくとも１つの画像を取得及び蓄積する工程と、
ピックアンドプレース機内部の、部品配置動作に関する少なくとも１つの画像を取得及び蓄積する工程と、
蓄積された画像を呼び出し、呼び出された画像に基づいて、少なくとも１つの性能測定基準を生成する工程と、
処理能力を確定するために、少なくとも１つの性能測定基準を使用する工程と、
を含む方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの画像に関連する少なくとも１つの追跡キーを蓄積することをさらに含む、請求項１５記載の方法。
【請求項１７】
画像及び少なくとも１つの追跡キーが、データベースに蓄積される、請求項１５記載の方法。
【請求項１８】
データベースが分散型データベースである、請求項１７記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの追跡キーが、ピックアンドプレース機についての情報を含む、請求項１６記載の方法。
【請求項２０】
少なくとも１つの追跡キーが、ピックアンドプレース機から得られる、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１つの追跡キーが、部品についての情報を含む、請求項１６記載の方法。
【請求項２２】
少なくとも１つの追跡キーが、ピックアンドプレース機から得られる、請求項２１記載の方法。
【請求項２３】
少なくとも１つの追跡キーが、基板についての情報を含む、請求項１６記載の方法。
【請求項２４】
少なくとも１つの追跡キーが、ピックアンドプレース機から得られる、請求項２３記載の方法。
【請求項２５】
少なくとも１つの追跡キーが、画像が取得されたときに存在する環境変数についての情報を含む、請求項１６記載の方法。
【請求項２６】
少なくとも１つの追跡キーが、少なくとも１つのセンサから得られる、請求項２５記載の方法。
【請求項２７】
少なくとも１つの追跡キーが、ピックアンドプレース機から得られる、請求項２５記載の方法。
【請求項２８】
データが蓄積されたコンピュータ可読媒体であって、データが
ピックアンドプレース機内部で取得された画像と、
画像に関連する少なくとも１つの追跡キーと、
画像と少なくとも１つの追跡キーとの間の対応付けと、
を含む媒体。
【請求項２９】
画像が部品のピッキング動作に関連する、請求項２８記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項３０】
画像が部品の配置動作に関連する、請求項２８記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項３１】
少なくとも１つの追跡キーが、ピックアンドプレース機に関する情報を含む、請求項２８記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項３２】
少なくとも１つの追跡キーが、部品についての情報を含む、請求項２８記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項３３】
少なくとも１つの追跡キーが、基板についての情報を含む、請求項２８記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項３４】
少なくとも１つの追跡キーが、画像が取得されたときに存在する環境変数についての情報を含む、請求項２８記載のコンピュータ可読媒体。
【請求項３５】
ピックアンドプレース機の操作を評価する方法であって、
ピックアンドプレース機内部の動作に関する少なくとも１つの画像を取得及びする工程と、
少なくとも１つの性能測定基準を生成するために、少なくとも１つの画像を処理する工程と、
少なくとも１つの画像及び少なくとも１つの性能測定基準を蓄積する工程と、
少なくとも１つの性能測定基準を少なくとも１つの画像と対応付ける工程と、
を含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
発明の背景
ピックアンドプレース機は、一般的に電子回路基板を製造するために使用される。普通、未加工のプリント回路基板がピックアンドプレース機に供給された後、この機械は、部品供給部から電子部品をピッキングし、基板上にこの部品を配置する。部品は、後続の工程ではんだペーストが溶けるか又は接着剤が完全に硬化するまで基板上で一時的にはんだペーストもしくは接着剤によって保持される。
【０００２】
ピックアンドプレース機の操作は興味深い。機械速度はスループットに対応するので、ピックアンドプレース機が速く動作するほど、製造される基板のコストが小さくなる。加えて、配置精度は極めて重要である。チップコンデンサやチップ抵抗器など多くの電気部品は比較的小さく、同じように小さい配置場所へ正確に配置しなければならない。その他の部品は、大きめであっても、比較的細かい間隔で互いに離間されている著しい数のリード線や導体を有している。このような部品も正確に配置され、各リード線が適正なパッド上に配置されていることを確実にしなければならない。したがって、このような機械では、動作が極めて速くなければならないだけではなく、極めて正確に部品を配置しなければならない。
【０００３】
基板製造の質を高めるために、完全にもしくは部分的に実装された基板は、配置作業後、一般的にはんだリフローの前後両方で検査され、不適切に装着されていたり不足したりしている部品や、又は発生する可能性がある多様なエラーのいずれかが識別される。このような動作を実施する自動システムは、はんだリフロー前に部品配置の問題の識別を促進して、再加工の対象となるリフロー後に欠陥のある基板を、実質的に簡単に再加工したり識別したりすることが可能になるという点で非常に有用である。このようなシステムの一例は、ミネソタ州ゴールデンバレーのＣｙｂｅｒＯｐｔｉｃｓ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能で、Ｍｏｄｅｌ  ＫＳ  Ｆｌｅｘという商標名で販売されている。このシステムは、位置合わせや回転のエラー、不足した又は弾き飛ばされた部品、ビルボード、ツームストーン、部品の欠陥、不正な極性、及び誤った部品などの問題を識別するのに使用できる。リフロー前にエラーを識別することにより、数多くの利点がもたらされる。再加工が簡単になり、閉ループ製造の制御が容易になり、そしてエラーの発生と処置との間の工程内作業が減る。このようなシステムは非常に有用な検査を提供する一方で、プログラミング時間やメンテナンスの労力などと共に工場の床面積も費やす。
【０００４】
ピックアンドプレース機自体の内部にある配置後検査の利益を提供する比較的最近の一つの試みが、Ａｓａｉらの米国特許第６，３１７，９７２号に開示されている。この参考文献は電気部品の実装方法を報告しており、ここでは部品配置前に実装場所の画像を得て、部品配置後の実装場所の画像と比べて部品レベルで配置操作を検査する。組込み検査はピックアンドプレース機にとって重要な利点を示すが、まだ改善できる側面が多くある。
【０００５】
発明の開示
ピックアンドプレース機は、ピックアンドプレース機内の少なくとも１つの動作に関する、少なくとも１つの画像を取得する映像系を含む。少なくとも１つの画像は、操作と対応付けられた１つ又は複数の追跡キーと共に蓄積される。そして、画像及び対応付けられた追跡キーのデータベースは、ピックアンドプレース機の動作を分析するために使用できる。
【０００６】
例示的な実施形態の詳細な説明
図１は、簡略化した代表的な表面実装技術（ＳＭＴ）生産ライン１００を示し、はんだペーストスクリーン印刷機１０１、「実装機」もしくは「ピックアンドプレース機」とも呼ばれるロボット部品配置機器１０２の一例、及びリフロー炉１０３からなる。
【０００７】
実装機１０２は、その内部に、実装プロセスの様々な側面を最適に観察するために導入される撮像素子１０６を搭載している。好ましくは、撮像素子１０６は、部品のピックアップ及び部品の配置場所を観察するために設置された２次元カメラであって、実装機１０２が最高定格速度で動作でき、減速を必要とせずに画像取得を可能にするように操作される。
【０００８】
撮像素子１０６は、通信チャネル１０８に沿ってコンピュータ１０４へ画像を送信し、コンピュータ１０４は好ましくは実装機１０２の近傍に設置されている。コンピュータ１０４は、好ましくは、画像処理、データベースへの画像蓄積、データベースからの画像呼び出しを実施し、またユーザインターフェイスや他の適切な機能を提供する。コンピュータ１０４は、実装機１０２の制御部とともに、またその一部に含むことができる。
【０００９】
撮像素子１０６は、画像の取得を支援するセンサ通信チャネル１０８を経由してコンピュータ１０４から情報を受信する。撮像素子１０６で受信されるコンピュータ１０４からの代表的な項目には、較正データ、画像取得のトリガ用目標座標、ファームウェア更新、照度及び露光制御等がある。
【００１０】
図２が示すのは、トリガ生成の１つの代表的な方法にすぎない。しかしながら、本発明の実施形態は、任意の適切なトリガ技術を使用して実践できる。図２を参照すると、位置感知素子１１２によって示される実装機の位置の観察に基づいて、画像を取得するように撮像素子１０６をトリガすることが可能である。代表的な位置センサはロータリまたはリニア位置エンコーダを含み、一般的に、実装機の様々な軸を目標位置に、又はその近くに位置付け可能になるように、実装機１０２の制御部によって使用される。トリガを予測することができるデータの提供を目的として、追加の位置センサを実装機１０２に追加することができる。
【００１１】
１つ又は複数の位置感知素子１１２は、個別に又は全体で、同時に又は順次、厳密に又は特定の範囲内で、又はそれ以外で、関連する実装機の位置がトリガ条件の物理的部分に適合していることを観察すると、本明細書において物理トリガと呼ばれる条件が存在すると考えられる。
【００１２】
トリガ条件指定部１２０は、実装機１０２の制御部又はコンピュータ１０４を含む、装置全体の中の任意のコンピュータ又はコンピュータの組み合わせから生成させてもよい。
【００１３】
位置感知装置１１２は、所望の動きを観察可能な限り、実装機１０２の内外に位置づけることができる。
【００１４】
図２のトリガー生成機構全体又はその一部は、機構が必要な入力にアクセスでき、必要な出力を伝達することが可能な限り、実装機１０２内、撮像素子１０６内、又は他の場所に位置付けてもよい。
【００１５】
物理トリガが画像取得を開始するのに指定された唯一の条件であれば、その取得は好ましくは、可能な限り短い遅延で、たとえば１マイクロ秒未満で始めるべきである。
【００１６】
さらなるトリガ技術は、時間単独又は位置との組み合わせのどちらかに依拠できる。いくつかの例は、画像を連続して取得できること、又はより有用には、物理トリガ条件が存在するときに第１のトリガが発生し、第１のトリガから指定時間遅延して生成された次のトリガが続くように１つ又は複数のトリガーを生成できることを含む。このようにして、単一の画像又は群発画像が、物理的イベントから所定時間の遅延で取得できる。
【００１７】
対象となる画像を取り込む別の方法は、撮像素子１０６から非同期的に、場合によっては連続して高速で、位置変更のために画像を取得し、画像内容全体もしくは一部に基づいて対象となる画像を選択する。
【００１８】
画像の高速取得によって、どのようにトリガされても、不良原因の分析に使用してもよい一時的なイベントについての情報を取得できる。
【００１９】
部品ピックアップ時に発生しうるこのような一時的イベントの例は、部品の浮上やはじき飛ばしであり、どちらも不正な吸引タイミングや起こりうる望ましくない静電力によって生じる。その他の一時的なイベントは、部品の配置場所で発生する。
【００２０】
本発明の実施形態では、１０ミリ秒程度に短い画像ごとの間隔で、群発画像、たとえば２４の群発画像を取得可能である。したがって、合計で２３０ミリ秒に亘る期間に、撮像装置が少なくとも１０ミリ秒間にわたって確認可能な一時的イベントを取り込むことができる。
【００２１】
本発明の実施形態では、一般に、実装プロセスの重要な側面の画像を取得する。図３は、本発明の一実施形態を組み込む配置「ヘッド」１３０の簡略化した図である。
【００２２】
配置ヘッド１３０は、基板１３６に対して複数の軸で動くように配設された機械的構造物であって、その動き及び構造は部品供給機構（図示せず）から部品１３４を適正にピックアップし、部品１３４を基板１３６上に実装するように構成されている。基板１３６は最も多くの場合プリント回路基板、すなわち「ＰＣＢ」である。本明細書において使用される「ＰＣＢ」は、一般化された基板を指すものとする。
【００２３】
組立てプロセス全体の別の重要な側面は、はんだペースト印刷機１０１によるはんだペーストの印刷である。部品１３４が基板１３６に実装される前に撮影された基板１３６の画像は、これらのはんだペーストの付着（図３において図示せず）を示すことができる。
【００２４】
図３に図示された実施形態において、撮像装置１０６と照明装置は１つの筐体１３１、すなわち「センサ」の中に組み合わせられ、好ましくは、一部分が参照番号１３２で図示された配置ヘッド１３０が、部品供給機構（図示せず）から部品１３４をピックアップし、その後部品１３４をＰＣＢ１３６上に配置する間に画像を取得するよう配置される。
【００２５】
部品１３４をピックアップする前の部品供給機構（図示せず）の画像は、供給部内の部品を示す。正常に部品１３４をピックアップした後の部品供給機構（図示せず）の画像は、供給機構内の空の場所を示す。この最後の画像又は場合により後続の画像の取得は、ノズル１３９に取り付けられた部品１３４を示すようにタイミングを合わせることができる。
【００２６】
部品配置の障害には多くの場合、基本的な根本の原因として、部品ピックアップの問題を有するため、部品ピックアップ場所での画像取り込みは、配置障害の診断、そして最終的には原因の修正において著しい効用をもたらす。
【００２７】
部品１３４の配置前に取得されたＰＣＢ１３６の画像は、はんだペーストを明らかにすることができる。配置後に取得された画像は、ＰＣＢに実装された部品を明らかにすることができる。
【００２８】
ＰＣＢ１３６の画像は、ＰＣＢ１３６上への部品配置工程が間もなくであるかどうかに関わらず、組立てのいかなる中間状態においてもセンサ１３１によって取得されることができる。配置工程が間もなくではない場合、撮像装置１０６及びセンサ１３１の照明装置は、好ましくはＰＣＢの画像取得に最適な機械的及び光学的配置を有し続ける。撮像装置１０６及び照明装置が短い露光時間で画像を取得するように配置された場合、配置ヘッド１３０は、これら取得される画像のためにＰＣＢ１３６に対して動きを停止する必要はない。
【００２９】
撮像装置及び照明装置は、単一の筐体１３１の中に組み合わされる必要はないが、いくつかの用途では、これらの機能が利用できるスペースがほとんどなく、このことが、図示されるように組み合わせることが好ましい理由の一つかもしれない。図３において、撮像視野及び理想的な正面照明の円錐が参照番号１３８によって説明されている。
【００３０】
撮像装置及び照明装置が分離された代替の配置は、正面以外からの照明という利点をもたらす。すなわち、結果として得られる画像は影がより少なくなることができるか、又は任意の単一方向の照明が提供できるより良好に照光された細部を有することができるか、もしくは発せられた光をより良好に利用することができる等である。
【００３１】
画像は、好ましくは実装機１０２の動きと比べてすばやく取得され、そのため各画像は動いているときでも静止しているように見え、また複数の画像を一つの組立て工程の間に取得できる。短い露光時間及びすばやいフレーム率の両方を使用することで、瞬間的なイベントの画像を高い品質で取り込むことができ、このようなイベントは任意の一つの組立て工程に必要な標準時間のほんのわずかの間に発生する可能性がある。このような画像は、なぜエラーが発生するのかを理解するために非常に重要となりうる。
【００３２】
各画像を取得するのに使用される露光時間は、動いている対象が取得された画像において十分に静止して見えることを可能にするように、好ましくは、可能な限り短く、たとえば１００マイクロ秒以下であるべきである。
【００３３】
最大フレーム率は、瞬間的なイベントの画像が、たとえば１０００フレーム／秒で取り込まれることを可能にするように、可能な限り速くするべきである。
【００３４】
最大可能露光時間は、撮像装置の撮像視野１３８と、撮像される物体１３４との間の最高相対速度に反比例する。図３で図示された組立て工程において、相対速度は１秒につき約１メートルに制限され、１００ミクロンのぶれは許容できるため、最大露光時間は１００マイクロ秒となる。
【００３５】
相対速度がより早い用途や、動作によって引き起こされるぶれを１００ミクロン未満に抑制するという要件が存在する用途では、より短い露光時間が求められる。このような短い露光時間によって提起される主要な課題は、撮像装置上の集光に関連する。こういった状況のもとで撮像装置が光を集めるには短時間しか許されておらず、より明るく及び／又はより良好に方向付けられた光源、又はいかなる使用可能な光でもより効果的に集光するように構成された光学部品類、もしくはより多くの光源光の集光を可能にするような受光部品類に関連する光源の空間的再構成、あるいは上記の組み合わせが求められている。
【００３６】
好ましい光源は、ストロボ照明装置として作用する容易に操作可能な１つ又は複数の高輝度ＬＥＤを含む。これらは、コンパクトかつ使用が簡単であるという利点を有し、また効率的で長寿命である。非常に短い露光時間での用途にも使用できる代替の照明装置はガス放電フラッシュランプであって、ＬＥＤと比較して極めて明るいという利点があるが、ＬＥＤほどコンパクトでなく使用は難しい。
【００３７】
好ましい撮像装置は、ＣＭＯＳエリアアレイ、たとえばＭｉｃｒｏｎ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社によって提供されるものである。１秒あたり５００フレームのレートで動作できる素子が使用可能である。さらに、全フレームのうち一部分だけが必要であれば、全フレームのサブセットを一層速いレートで読み出すことができる。図３に示される用途には、フレーム内の半分の画素だけが必要とされる。したがって、この場合、１秒あたり１０００画像を達成できる。
【００３８】
図１及び３を参照すると、実装機通信チャネル１１０を通ってコンピュータ１０４によって実装機１０２に送られる代表的な情報は、撮像素子群１０６によってコンピュータ１０４に送られる画像についての、コンピュータ１０４内で動作する画像処理アルゴリズムからの結果を含む。
【００３９】
このような画像処理結果は、組立てプロセス中で検出された、実装機１０２で作り出されるか又はそうでない障害を含み、前記の画像処理アルゴリズムによって検出可能である。さらなる画像処理結果は、ＰＣＢ上の部品の位置等のパラメトリックな測定結果を含む。
【００４０】
このようにして検出された障害の一例は部品が不足している場合であって、名目上は配置が行われた後ＰＣＢ上に存在していることになっている。検出された障害の別の例は、配置が行われた後、名目上の位置と比べて部品がＰＣＢ上の不正な位置にある場合である。検出された障害の別の例は、部品がピッキングされていない場合であって、その部品がノズル上に検出されなかったり、ピックアップが行われた後でも供給装置機構に存在し続けていたりすることからわかる。検出された障害の別の例は、名目上ピッキングされた部品の外観と比べて不正な部品がピッキングされた場合である。
【００４１】
「不正な位置にある部品」とは、回転の３自由度のうちいずれかを中心とした過剰な回転、並進の３自由度のうちいずれかに沿った過剰な並進、又はそれらの任意の組み合わせを意味する。検出された障害のさらに別の例は、はんだペーストが不足している場合であって、名目上は存在していることになっている。「はんだペーストが不足している」とは、可変である可能性がある閾値と比べてＰＣＢ上に存在するはんだペーストが名目上の量未満であることを意味する。部品のランドパターンは、名目上は個別の複数のはんだペーストの付着を含む。「はんだペーストが不足している」ことの判断は、任意の個別はんだペーストの付着が閾値未満のペーストであるか、個別のペーストの付着の平均数が場合によっては異なる閾値未満であるか、名目上は同一であるはんだペーストの付着のばらつきが閾値を超えているか、はんだペーストの大きさの比率が閾値との一致から逸脱しているか、所与の部品のはんだペーストの付着にいくつも続けて不良があるか、等で行うことができる。検出された障害のさらに別の例は、名目上の位置と比べてはんだペーストが不正な位置にある場合である。「不正な位置にあるはんだペースト」とは、（ＰＣＢによって定義される水平面に対して垂直な）Ｚ軸を中心とした過剰な回転、並進の３自由度のうちいずれかに沿った過剰な並進、又はそれらの任意の組み合わせを意味する。検出された障害のさらに別の例は、名目上の量と比べて過剰なはんだペーストが存在している場合である。過剰なはんだペーストは結果的に、ショートとして知られる意図しない電気的接触が作り出されるという障害をもたらすことがある。他の障害も同様に検出可能であり、ＰＣＢ検査の当業者にとっては容易に自明であろう。
【００４２】
実装機通信チャネル１１０を通って実装機１０２からコンピュータ１０４に流れる情報の少なくとも一部分は、画像センサ１０６によって取得された画像に関連している。この情報は好ましくは、画像センサ１０６によって取得された画像と対応付けるようにデータベースへ保存され、好ましくは画像もまたデータベースに保存される。
【００４３】
実装機１０２によってコンピュータ１０４へ実装機通信チャネル１１０を通って送られる代表的な情報は、組立てプロセスにおいて実装機１０２が使用されている原材料が何であるかについてのデータ、組立てプロセスの各工程において実装機１０２内で使用されている物理的サブシステム（図示せず）が何であるかについてのデータ、及び組立てプロセスの特定の工程における目標場所がＰＣＢの物理的な場所のどこであるかというデータを含む。
【００４４】
以下に記載する詳細な具体例は、説明の目的で提供される。実装機１０２  ＩＤ＝９８ｈ７ｚはコンピュータ１０４に、部品供給装置  ＩＤ＝ｚ８ｓ４ｄ（図示せず）からベンダー＝「ベンダー名」によって供給されるロットコード＝９８７ａｂｃの集積回路である部品１３４をピッキングするために、ノズル１３９  ＩＤ＝２３３４が使用されることを通知する。この部品はＰＣＢ１３６  ＩＤ＝２０３９８ｙ４ｄｓｌｊｆｂ上の、名称＝「Ｕ１８９」を有する場所ｘ＝１２３３４３、ｙ＝０９８７３４３４に配置される。
【００４５】
原材料についてのデータは、原材料アイテム固有の名称、又は原材料群の具体性の低い名称、もしくは組立てにおける障害の追跡又は診断に使用されうる任意の他の情報を含むことができる。
【００４６】
原材料アイテムの固有の名称の一例は、ＰＣＢ１３６に関連付けられた固有の識別子であり、他の処理されたＰＣＢ１３６の中から特定のＰＣＢ１３６を固有に識別することを可能にする。好ましくは、この固有の識別子は、ＲＦＩＤタグ又はバーコードの形式である。この固有の識別子は、組立て、試験、及び出荷プロセスを通してＰＣＢを明確に追跡することを可能にする。固有の識別子は、好ましくは機械可読かつ人間に可読である。さらに、出荷後も、この固有の識別子は、物理的又は論理的に、直接的に又は推測して、又はそれ以外の状態で、フィールドで使用されている間も最終的に組立てられた製品に関連付けられたままであってよい。原材料アイテムの非固有識別子の例は、ロットもしくは日付コード、又は通し番号である。
【００４７】
実装機１０２以外のさらなる有用な情報源は、データベース１４４にアーカイブ可能であって、それらを適用する取り込み画像と対応付け可能なデータを提供できる。これらの例は、実装機１０２の近傍又はそれから遠隔して位置付けられるＣＡＤ／ＣＡＭデータベース（図示せず）、実装機１０２又はコンピュータ１０４の近くに導入することができる温度又は環境光センサなどのセンサ、又は日付や時間を示すコンピュータ読み取り可能クロック等である。別の情報源は、たとえばセキュリティカードリーダを通してユーザインターフェイス経由で入力されるオペレータＩＤである。また別の関連データソースは、コンピュータ１０４内で実行される画像処理アルゴリズムであって、これが結果的に、障害状態、非障害状態、又は対象となるいくつかのパラメータの測定値を示す信号をもたらす。このような数値パラメータの一例は、ＰＣＢ１３６上のいくつかの特徴に対する部品１３４の位置である。他の適切なソースからの情報を同様に使用してよい。上記の例は説明のために提供されたものであって、全ての情報を網羅して列挙することを意味するものではない。
【００４８】
実装機１０２によって実装機通信チャネル１１０を通してコンピュータ１０４へ送られるか、又は追加のソースから直接的もしくは間接的に取得されるか、もしくは画像処理アルゴリズムによって生成される等の上記情報を、総合して追跡キーと呼ぶ。
【００４９】
撮像素子１０６によって取得された画像と対にされた追跡キーには、多様で有益な用途がある。ＰＣＢを構築している間又はその後任意の時に欠陥が見つかれば、図４の追跡キー及びデータベース１４４を使用して、まさにそのＰＣＢを構築していた間に取得された画像を呼び出すことが可能である。個別の組立て工程の間に撮影されたこれらの画像は、なぜ不良が起こったのかを理解することを助けるために使用できる。反対に、これらの呼び出された画像は、特定の組立て工程を不良原因として除外するためにも使用できる。どちらの成果も有用である。
【００５０】
検出されたＰＣＢの不良原因の診断は、本明細書においては不良の根本原因分析、又はＲＣＦＡと呼ばれる。追跡キーは、無関係な情報をも取り出してしまう可能性を減らすとともに、画像もしくは他の追跡キーを含む関連情報を取り出すことを可能にするため、本発明の実施形態のＲＣＦＡを実施する上で重大な役割を担う。
【００５１】
ＲＣＦＡは、ＰＣＢを組立てている工場において実施できる。このことは、エラーが検出されてＲＣＦＡが組立品の出荷前に行われる場合、特に有用である。第一に、まだ工場内にある間に、エラーを修復することが可能になる。第二に、なぜエラーが起きたのかを適時に理解することが可能になるため、将来エラーを作り出す可能性を減らすべきプロセス改善が容易になる。
【００５２】
また、ＲＣＦＡは、その後の検査工程で組立てが不良である場合やフィールドにおいても、後で実施できる。下記に例を示す。
【００５３】
追跡キーや対応付けられた画像の使用は、ＲＣＦＡに限定されない。たとえば、実装機の性能を測定でき、このような性能の測定基準は品質、スループット、信頼性等に関連しうる。たとえば、実装機が配置困難な部品をＰＣＢに配置する場合、正しく配置されたことを判断するのにその部品の配置画像を使用できる。タイムスタンプ追跡キーは、実装機がどれほど速く部品を配置しているか判断するのに使用できる。操作が適正に完了できないわずかの時間は、信頼性を判断するのに使用できる。
【００５４】
このような例の収集は、実装機の認定や承認テストに使用される。実装機ベンダーは、自社製品についての仕様データシートを提供する。実装機の出荷前に、ベンダーは本発明の実施形態によって容易になった社外向けの品質テストを実施できる。
【００５５】
加えて、エンドユーザは、場合により、品質プロセスの一環として、又は場合によっては納入承認テストの一環として、実装機が性能仕様を満たしていることを確認できる。さらに、実装機が性能仕様を満たさない場合は、本発明の各種実施形態を使用して、根底にある理由の診断を助けることができる。
【００５６】
別の用途は、統計的プロセス制御、すなわちＳＰＣである。実装機が、追跡キーによって示されたり本発明の各種実施形態によって検出されたりするように、特定の組立て工程で過剰な障害を発生させている場合に、実装機は通信チャネル１１０を経由して知らされ、それに応じて応答できる。
【００５７】
また、実装機が障害を発生させてはいないものの、本発明の実施形態で観察されるように、やがて障害を発生させ得る傾向にある場合であっても、その状態は、通信チャネル１１０を経由して実装機に知らされるので、実装機はそれに応じて反応できる。
【００５８】
ＳＰＣは高品質な組立品を作成するのに役立つ、多様な警報条件を含んでおり、上記は単にその例に過ぎない。
【００５９】
これらの後の例がＲＣＦＡではないのは、組立てられたＰＣＢの問題の原因を見つけることを意図していないが、その代わりに実装機の性能を理解すること、検出された障害に対する適時の反応を可能にすること、又は起こりうる障害を防止するように反応することを目的としているためである。
【００６０】
追跡キーについて、またさらなる使用が以下から明白になろう。
【００６１】
図４を参照すると、画像１４８及び追跡キー１４２は、上述のようにソースからデータベース１４４に到達する。データベース１４４は１つ又は複数の追跡キーを１つ又は複数の画像と対応付けるように構成されるため、以下の４つのうちいずれか１つの方法で検索を構築できる。
Ａ．１つ又は複数の追跡キー１４６がクエリー内で指定され、画像１５０が検索結果である。
Ｂ．１つ又は複数の追跡キー１４６がクエリー内で指定され、１つ又は複数の追跡キー１４６が検索結果である。
Ｃ．画像１５０又はその一部がクエリー内で指定され、画像１５０が検索結果である。
Ｄ．画像１５０又はその一部がクエリー内で指定され、１つ又は複数の追跡キー１４６が検索結果である。
【００６２】
状態（Ａ）において、追跡キーはデータベースを照会するために使用される。ユーザは、人間でもアルゴリズムでもよく、これらの追跡キーと対応付けられた画像を取り出すことに関心がある。この場合の例では、人間がＲＣＦＡを行う。前記のＰＣＢが固有のＩＤを有している場合、その特定のＰＣＢが構築されている間、この人は、この固有のＩＤを使用して、取得された全ての画像のデータベースに照会できる。これは、役立てるには画像が多すぎる結果となる可能性があり、ＰＣＢの多くの画像は、欠陥の根本原因を診断するのに関連性がない。
【００６３】
ユーザは、追加の追跡キーという形で検索に情報を追加することにより、結果のサイズを制限できる。追加の追跡キーデータの例としては、目標部品名でもよく、多くの場合参照識別子として呼ばれる。あるいは、ユーザは部品の梱包サイズ等を指定できる。このようにして、クエリーを生成する人は、対象となっている結果に制限するために必要なだけ多くの追跡キーを供給できる。
【００６４】
また、状態（Ｂ）においても、追跡キーがデータベースを照会するのに使用されるが、ここではユーザは関連する他の追跡キーを取り出すことに関心がある。この場合の例は、ユーザが生成した配置不良（画像処理アルゴリズム及びそれによる追跡キーによっても検出）についての棒グラフである図５に示される。グラフを構成するために使用されたデータは、他の追跡キー、すなわち供給装置ＩＤ（Ｘ軸に示される）であり、供給装置が一定のパッケージサイズの部品を運ぶのに使用されていた場合であって（Pkg_sizeと呼ばれる追跡キーが、「０４０２ｍ」と等しい場合）、日付が２００５年６月３０日である場合である。
【００６５】
この種のクエリーの有用性は明らかで、少なくとも特定の日付の特定の部分を伝達する場合、１つの供給装置は、他よりも実質的により多くエラーに対して貢献する。このタイプのさらなるクエリーは、この供給装置がより広範に問題となっているかを知るために使用することができる。
【００６６】
状態（Ｃ）では画像又はその一部がデータベースを照会するのに使用され、画像が所望の結果である。このクエリーは以下のように使用することができる。ユーザは対象物を含む画像の一定の特定領域を選択する。そして、ユーザは、選択した領域と類似して見える他の画像の呼び出しをデータベースに求める。たとえば、プロセスの問題をパラメトリックに特徴付けることなく、画像がその問題の表示を含む場合、ユーザは他の類似事象を検索できる。
【００６７】
状態（Ｄ）では１つの画像又はその一部がデータベースを照会するのに使用され、追跡キーが所望の結果である。上記状態（Ｃ）ではユーザが類似して見える他の画像を検索している。ここでは、ユーザは、類似した画像に関連付けられた追跡キーを検索している。この使用は明らかである。すなわち、検索結果として、たとえば明白な欠陥が特定の原材料又は実装機内の機械的手段と対応付けて示される追跡キーが得られた場合、欠陥の原因を推定できる。図５に示されたものに類似したグラフが作成でき、ここでＹ軸は「類似外観の事象」に置換される。
【００６８】
状態（Ａ）か状態（Ｃ）かのどちらかは、データベースから複数の静止画像を取り出すのに使用できる。いくつかの状況では、これらの画像をアニメーションにまとめてもよい。人間の目は動きに引き付けられるので、アニメーションは人間にとって非常に有用な情報となる。一例として、ユーザが追跡キーベースのクエリー（状態（Ａ）による）を作り、結果として画像内容が名目上は同一である複数の画像を得る。これらの画像は、たとえば複数のＰＣＢ上の特定の場所に実装された後の、特定の部分のものである可能性がある。全ての原材料に加えて、画像が取得された時点までのＰＣＢ構築のプロセスが全て完全に再現可能であれば、これらの画像は全て完全に同じに見えるはずである。現実には、プロセスは完全に再現可能というわけではないので、これらの画像は互いに異なる。これら一連の個別の画像を含む、たとえば３０個の画像をたとえば１秒あたり１０画像の割合で再生するアニメーションは、３秒間にわたって再生され、明白な動きに目を引き付ける。より大きく明白な動きは、より劣る再現可能性によって生じる。
【００６９】
アニメーションを構築するとき、画像が取得される方法のばらつきによって生じる明らかな画像の動きを抑制し、プロセスの非再現性を示す明らかな動きだけを可能な限り最大限残すことが重要である。たとえば、画像が互いにわずかに異なる機械的位置で取得された場合、上述のようにアニメーションが使用できるその前に、結果として得られる画像のずれを抑制するべきである。画像ずれの抑制はさまざまな方法で実現できる。
【００７０】
ずれを測定する独立した手段、たとえばエンコーダからのデータが使用可能な場合、１つ又は複数の画像は、アニメーションにまとめる前に、この測定されたずれを調節する分だけ変換できる。これに代えて、画像内容自体を使用して、画像処理アルゴリズム、たとえば正規化相関によって、求められるずれを知ることができる。
【００７１】
画像全体は相関カーネルを構築するために使用でき、又は最適化されたサブセットが使用できる。画像のどの区画が安定しているかについての推測的情報は、この最適化されたサブセットの選択に影響を与えるために使用できる。
【００７２】
アニメーションの有用性を高めることができるさらなる画像補正は、撮像装置の補正に関連する。たとえば、複数の独立した撮像装置と照明系を使用して、名目上は同一の組立て工程の画像を取得した場合、それらの系における差異に関する補正が好ましい。このような補正の例は、色、オフセット（固定パターンノイズと呼ばれる場合もある）、感光性（又はピクセルゲイン）、配向（系内の機械的ばらつきによって生じる）、照明ばらつき（総合的かつ空間的）等である。個別の画像をアニメーションに再度まとめる前にこれらのエラーを抑制することは、プロセスのばらつきとは関連していない明らかな動きを減らすという利益を有する。
【００７３】
明らかに、データベース内には大量の画像及びデータが取得され蓄積されている。取得された画像及びデータは、特にフィールド故障のＲＣＦＡを支援するために、長期間にわたって保存されるのが望ましい。このことを行うにはさまざまな方法がある。１つの方法は、ディスク容量を追加することである。別の方法は、テープ又は光学記憶装置、もしくは他の大容量記憶装置アーカイブ手段で、使用可能な総記憶容量を拡張することである。さらに別の方法は、画像を圧縮することである。
【００７４】
ＪＰＥＧ圧縮等のアルゴリズムによって、画像の外観を極度に劣化させずに１０：１以上の圧縮率が可能である。ＪＰＥＧ圧縮は、たとえば電子ハードウェアにおいて経済的に実施でき、場合によっては撮像素子（１０６）の近傍に設置することも可能である。これに代えて、圧縮アルゴリズムは、コンピュータ（１０４）上で動作するソフトウェアに組み込むことができる。どちらの場合も、画質が多少劣化するという損失があるが、蓄積された画像の総量を実質的に増加できる。
【００７５】
図１は、実装機１０２を１つだけ有する簡略化された組立てライン１００の概略図である。組立てラインの多くはもっと複雑で、複数の実装機を有する。図１に図示されるように、組立てにおいて、各実装機が画像センサ１０６及びコンピュータ１０４を備えている場合、その組立てライン上の全ての実装機によって実施される全ての、又はほぼ全ての組立て工程の画像及び追跡キーは、コンピュータ１０４上でコンピュータ可読媒体に組み込まれた各データベースにローカルに記録される。
【００７６】
このより複雑な組立てラインにおける全てのコンピュータ１０４が、互いにそして他の場所とネットワークで結ばれ、データベース検索において協働できるようにすることが好ましい。このようにして、組立てラインの近くに又はそこから離れて位置する人が、状態（Ａ〜Ｄ）に従ってデータベースの照会を行い、結果を見ることができる。
【００７７】
本発明の実施形態の組込まれた検査に一層多くの実装機が備え付けられ、そのため一層多くのデータベースが動作可能となり、コンピュータの相対数が増加するため、協働するデータベースの検索は好ましい。したがって、データベース検索を実施するのに使用可能な演算能力及びディスク容量は、検索されるデータ量に対応する。一方、たとえば中央集中データベースサーバを使用して、ますます増加する実装機を備える単一の組立てラインから生成される全てのデータを保存する場合、その単一のサーバへの演算及び記憶性能要求が増大する一方で、演算能力やディスク性能は一定である。
【００７８】
当然ながら、この中央サーバの性能をある程度まで拡張することは可能であるが、この拡張性の範囲やコストは、協働的な手法によって達成できるものとは程遠い。
【００７９】
本明細書において協働的データベースと呼ばれるものは、分散型もしくは連合データベースと呼ばれることもある。これらはデータベース産業において周知であり、直前に記載されたものを厳密に想定したものであって、複数の疎結合型コンピュータがデータの検索において協働し、それぞれ分散型データベースのうち各々のローカル部分を検索する。
【００８０】
したがって、１つの追跡キーは、固有の実装機識別子であるべきである。この実装機識別子は単一の特定の実装機を識別し、たとえば、クエリーが画像やその実装機によって生成された他の追跡キーを選択することを可能にする。
【００８１】
さらに、多くの製造設備は、１つ以上の組立てラインを有する。単一の組立てラインでは生産要求を満たせない場合、２つ以上の組立てラインを単一の製品構築に割り当てることができる。したがって、たとえば、固有のＰＣＢ上の特定の欠陥場所を特定する状態（Ａ）を使用したＲＣＦＡを支援して開始されたデータベース検索は、所与の設備における全てのコンピュータ１０４を優先的に携わらせる。このようにして、クエリーは所与の実装機、又は所与の組立てラインさえも特定する必要がない。特定のＰＣＢの製造に関与するかもしれない全ての実装機は、指定された追跡キーの検索を各自のローカルデータベース上で行い、対応付けられた画像及び追跡キーを伝達する。
【００８２】
別の追跡キーの有用性は、ここで明らかになる。固有の組立てライン識別子は、単一ライン内で一緒に導入されている固有の実装機がどれかを、直接的もしくは間接的に識別する。この情報により、上記の例においてユーザは、もし関心があれば、どの組立てラインが特定のＰＣＢを構築しているかを知ることが可能になる。
【００８３】
この概念をさらに拡張することで、いくつかの企業では、世界中に散らばった複数の設備を有する場合もある。これらの設備全てをネットワークで一つに結ぶことにより、仮に、組立てが行われることはないであろう企業の本社にいる人が、その企業がＰＣＢを構築しているあらゆる場所で取得された画像や追跡キーを見ることが可能になる。また別の追跡キーの有用性もここで明らかになる。固有の設備識別子は、単一設備内で用いられている固有の組立てラインがどれかを、直接的又は間接的に識別する。
【００８４】
さらに、いくつかの企業は、自社のＰＣＢを全く造らない。これらは、自社用ＰＣＢの構築のために、組立て専門の大企業と契約することがある。所与の製品の構築を、１社以上のそのようなサプライヤと契約することもある。さらに別の追跡キーの有用性がここで明らかになる。固有の組立サプライヤ識別子は、どのベンダーがＰＣＢを構築したかを、直接的又は間接的に識別する。
【００８５】
上記全ては、人が一次会社（上記の例ではＰＣＢを製作しない）からの者が、全ての製造業者に対するデータベースクエリーを開始することを可能にし、場合によっては地理的に分散した複数の企業にわたり、場合によってはそれぞれ複数の設備にわたり、場合によってはそれぞれ複数の組立てラインを含み、場合によってはそれぞれ複数の実装機を含み、そのうち少なくともいくつかは本発明を備え付けている。
【００８６】
この種のクエリーの１つの実用的な使用では、ＰＣＢ製造業者の顧客が、サプライヤを検査することが可能になる。別の使用では、ＲＣＦＡによるフィールドリターンが容易になる。通常、ＰＣＢ製造業者らは、フィールドリターンに関するＲＣＦＡには関与していない。業者らはいつ顧客へＰＣＢを出荷するかということ以前に、品質に集中する。
【００８７】
しかし、一次会社は多くの場合、納入時検査を実施し、普通はフィールド故障の修理や診断を行うカスタマサービス部門を有する。興味深いことに、この組織では、通常、サプライヤからの詳細な製造データにほとんど又は全くアクセスできない。したがって、本発明の実施形態は、この情報のギャップを橋渡しする助けとなることができる。
【００８８】
本発明の実施形態による場合によっては分散型のデータベースでは、全ての追跡キーが画像と直接最適に対応付けられる必要はないか、又は対応付けられていない。二次的データベースを使用して、たとえば組立てライン識別子をそのラインを含む特定の実装機と対応付けることができる。
【００８９】
本発明によって取得された画像に対して有利に適用されるアルゴリズムは、数多くある。
【００９０】
これまで、画像処理とは、リアルタイムで画像から要約情報の抽出を述べるのに使用されてきたが、これは実質的には画像取得に追随している。このように、データベースへの画像の追加と実質的に同時に、前記の要約情報を追跡キーとしてデータベース１４４に追加できる。
【００９１】
加えて、画像処理アルゴリズムのなかには、本発明の実施形態によって動作する実装機が、新しい画像を取得していないとき、つまりリアルタイムでないときに実行されるのが好ましいものがある。
【００９２】
このようなアルゴリズムの例は、上述のようなＪＰＥＧ圧縮であり、所与のサイズのコンピュータディスク上に、より多くの画像を常駐させることを可能にする。この圧縮工程は、ＣＰＵリソースを著しく消費することがあるが、ディスクが他のものでいっぱいになる前に、いくらかの「アイドル」タイムがこの機能によって使用可能である限り、リアルタイムで動作する必要がない。
【００９３】
もう一つの例は、上述のアニメーション技術であり、人間によって使用されて、名目上は同一であるべき一連の画像をすばやく再表示する。上記に述べたように、このようなアニメーションの生成には、場合によっては膨大な数の、そして場合によってはＣＰＵを相当使用する画像補正工程が必要となる。
【００９４】
加えて、一旦アニメーション内の各画像が良好にまとめられていることを人が確認すれば、これらの個別の画像を使用して、統計的外観モデル（ＳＡＭ）を仕立てることは比較的容易である。統計的外観モデリングは既知である。一旦ＳＡＭモデルが仕立てられると、品質が知られていない組立品から取得された画像に適用でき、その結果、リアルタイムで欠陥を検出するのに使用できる。
【００９５】
画像圧縮、アニメーション生成、及び不良なものから良好なものを識別するためのシステムを仕立てる工程はアルゴリズムの例であり、実装機が「アイドル」である間に、又はデータベース１４４にアクセスし、かつコンピュータ１０４のリアルタイムの義務がないコンピュータによって行われることが好ましい。
【００９６】
本発明は、好ましい実施形態を参照して説明されてきたが、本発明の本質及び範囲から逸脱することなく、その形態や細部の変更が可能であることは当業者には認識されよう。
【図面の簡単な説明】
【００９７】
【図１】本発明の実施形態が特に有用である、簡略化された組立てラインの概略図である。
【図２】トリガを生成する代表的な方法である。
【図３】本発明の実施形態の組込み検査システムを備えた部品配置動作の概略図である。
【図４】部品に関連する動作に関連する画像を蓄積することに加え、画像と対応付けられた追跡キーを蓄積するように構成されたデータベースの概略図である。
【図５】、機械の動作に関する問題を識別するために、蓄積された追跡キー情報の分析をどのように使用できるかを示す、配置障害対供給装置ＩＤのグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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