(57)【要約】【解決手段】  本発明の実施例は、選択配置装置（１０、２０１）入力より実行される部品レベル検査を改善する。当該改善は、配置サイクルの間に配置ヘッド（２０６）が製品素材（２０３）に向かって移動し製品素材（２０３）から離れて移動するとき製品素材（２０３）に対する配置ヘッド（２０６）の位置を測定する位置検出装置（２３０）を使用する工程を備える。このセンサー（２３０）の出力は、部品配置装置（１０，２０１）の配置特徴を測定するため使用される画像の取得工程を選択的にトリガーするため使用される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
製品素材に部品を配置するための選択配置装置であって、
前記部品を解放可能に保持するための少なくとも１つのノズルを有する配置ヘッドと、
前記配置ヘッドと前記製品素材との間の相対運動を発生するためのロボットシステムと、
前記部品の製品素材上の配置位置の少なくとも１つの画像を取得するように配置された画像取得装置と、
前記配置ヘッドの前記製品素材に対する位置を示す出力を提供するため配置された位置検出装置と、
を備え、
前記位置検出装置の出力は、前記少なくとも１つの画像取得のタイミングを決定するため使用される、選択配置装置。
【請求項２】
前記選択配置装置は、タレット式配置装置である、請求項１に記載の選択配置装置。
【請求項３】
前記選択配置装置は、デカルト座標式配置装置である、請求項１に記載の選択配置装置。
【請求項４】
前記位置検出装置は、リニアエンコーダである、請求項１に記載の選択配置装置。
【請求項５】
前記位置検出装置は、ロータリーエンコーダである、請求項１に記載の選択配置装置。
【請求項６】
前記ロータリーエンコーダは、半円形状である、請求項５に記載の選択配置装置。
【請求項７】
前記ロータリーエンコーダは、インデックスセンサーから更に構成される、請求項５に記載の選択配置装置。
【請求項８】
選択配置装置で使用するための画像取得システムであって、
製品素材上の部品の意図された配置位置の画像を取得するための画像形成装置と、
前記選択配置装置の配置ヘッドの位置を示す出力を提供するように配置された位置検出装置と、
を備え、
画像装置の取得タイミングは、前記位置検出装置の出力により決定される、画像取得システム。
【請求項９】
前記選択配置装置は、タレット式配置装置である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１０】
前記選択配置装置は、デカルト座標式配置装置である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１１】
前記位置検出装置は、リニアエンコーダである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１２】
前記位置検出装置は、ロータリーエンコーダである、請求項８に記載のシステム。
【請求項１３】
前記ロータリーエンコーダは、半円形状である、請求項８に記載のシステム。
【請求項１４】
製品素材に部品を配置するための選択配置装置であって、
前記部品を解放可能に保持するための少なくとも１つのノズルを有する配置ヘッドと、
前記配置ヘッドと前記製品素材との間の相対運動を発生するためのロボットシステムと、
前記部品の製品素材上の配置位置の少なくとも１つの画像を取得するように配置された画像取得装置と、
前記配置ヘッドの位置を決定することにより有効配置サイクルを検出するように配置されたセンサーと、
を備え、
前記センサー出力は、有効配置サイクルの間に配置位置の画像を取得するだけのため前記画像取得装置により使用される、選択配置装置。
【請求項１５】
前記センサーは、近接検出装置である、請求項１３に記載の装置。
【請求項１６】
前記近接センサーは、光学センサーである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１７】
前記近接センサーは、ホール効果式のセンサーである、請求項１３に記載の装置。
【請求項１８】
選択配置装置内で部品の適切な配置を検出する方法であって、
前記選択配置装置の配置ヘッドの位置を検出し、
前記配置ヘッドの位置に基づいて少なくとも１つの画像の取得工程をトリガーし、
前記部品の配置の少なくとも１つの条件を決定するため前記少なくとも１つの画像を処理する、各工程を備える方法。
【請求項１９】
配置有効信号を検出し、
前記部品有効信号が正である場合にのみ前記部品配置の条件を処理する、各工程を備える、請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品配置検査を改善した選択配置装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
選択配置装置は、一般に電子回路基板を製造するため使用される。ブランクプリント回路基板が、通常、選択配置装置に適用され、該装置は、部品供給装置から電子部品を選択し、かかる部品を基板上に配置する。構成部品は、半田ペースト又は接着剤によって一時的に基板上に保持されており、半田ペーストが溶解されるか又は接着剤が完全に硬化される次の工程まで、保持される。
【０００３】
選択配置装置の作動は、挑戦すべき事項である。装置の速度は、スループットに対応しているので、選択配置装置がより迅速に駆動するほど、製造される基板は、よりコストが低くて済む。加えて、配置の精度は、非常に重要である。多くの電子部品、例えばチップコンデンサ及びチップ抵抗器は、比較的小さく、等しく小さな配置位置に正確に配置されなければならない。他の構成部品は、より大きい一方で、比較的細かいピッチで互いから間隔を隔てた有意な数のリード線又はコンダクターを有している。そのような構成部品も、各リード線が適切なパッド上に配置されることを確実にするため正確に配置されなければならない。かくして、装置は非常に速く作動されなければならないだけではなく、非常に正確に構成部品を配置しなければならない。
【０００４】
基板製造の品質を向上するため、完全に又は部分的に装備された基板は、一般に、不完全に配置されるか又は欠落した構成部品を同定したり又は起こり得る様々な任意のエラーを同定するため、配置走査の後や、半田が逆流する前後で検査される。そのような作動を実行する自動化システムは、非常に有用である。それらのシステムは、半田が逆流する前の部品配置問題を同定するのを援助するからである。これは、再仕事のための候補である逆流の後における欠陥基板の実質的により容易な再仕事及び／又は同定を可能にする。そのようなシステムの一例が、ミネソタ州、ゴールデンバレーのサイバーオプティックス社から商品名モデルＫＳフレックスで販売されている。このシステムは、整列及び回転エラー、欠落した部品や位置を変えた部品、ビルボード、トゥームストーン、部品欠陥、不正確な極性及び間違った部品配置のような問題を同定するため使用することができる。
【０００５】
前逆流エラーの同定は、多数の利点を提供する。再仕事がより容易となり、閉ループ製造制御が容易になされ、エラー発生及び救済の間に、プロセス中の仕事がより少なくて済む。そのようなシステムが非常に有用な検査を提供する一方で、それらは、配備床スペースを消費すると共に、プログラム時間及びメンテナンスの労力を消費する。
【０００６】
選択配置装置それ自体内部に配置された事後配置検査の利点を提供するための一つの比較的近年の試みが、アサイらに付与された米国特許番号６，３１７，９７２号に開示されている。当該文献は、取り付け位置の画像が部品配置の前に得られ、部品レベルで配置作業を検査するため部品配置後の取り付け位置の画像と比較されるところの、電子部品を取り付ける方法を記載している。
【０００７】
アサイらの開示内容は、装置内部品レベルの検査を用いるための試みを記述しているが、なさねばならない多大な仕事が残されている。例えば、アサイらの開示内容は、配置サイクルで厳密に同じ時間に、部品の配置の前後に、２つの画像を取得する工程を教えている。このアプローチは配置後の部品の欠落又は存在を決定するために有用であるが、当該アプローチには幾つかの実用上の問題が存在している。第１には、画像の取得が非常に重要であり、適切な時間スロットに当該画像を整列させるため正確なタイミング制御を要求しているということである。第２には、たとえ画像取得の所定のトリガーが、整列した画像をもたらしたとしても、基板上に特定ノブ品又は配置位置に取得タイミングを最適化するためトリガーが調整される要請が時折存在する。加えて、要求された測定に応じて、画像取得の相対的タイミングは、装置の通常の周期の間に調整することを必要とし得る。
【０００８】
選択配置装置における部品レベル配置検査の視認性を増大させるため、画像取得タイミングの態様を改善することが有利となり、これは画像を配置サイクルで取得することを可能にし、画像取得タイミングをソフトウェア指令を使用して動作進行中に変更することを可能にする。これは、最適なタイミングを、配置の各々に対して使用することを可能にする。
【０００９】
選択配置装置のタイミング態様に加えて、構成部品の実際の配置サイクルは規則的ではあり得ない。構成部品が部品整列カメラにより適切に認識されないか又は部品がタレット式の選択配置装置の作動の間にノズル上に存在していない場合、配置サイクルは、スキップされ、部品は、配置サイクルの後の時間に再選択される。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の実施例は、選択配置装置により実行される部品レベル検査を改善する。そのような改善は、配置サイクルの間に配置ヘッドが製品素材に向かって移動し製品素材から離れて移動するとき製品素材に対する配置ヘッドの位置を測定する位置検出装置を使用する工程を備える。このセンサーの出力は、部品配置装置の配置特徴を測定するため使用される画像の取得工程を選択的にトリガーするため使用される。
【００１１】
一実施例では、直線位置検出装置が、配置ヘッドの垂直位置を決定するため配置ヘッドのノズルに取り付けられ、信号が、画像取得工程をトリガーするため画像取得装置に送られる。
【００１２】
別の実施例では、配置ヘッドの制御信号がヘッドの配置位置を決定するため使用され、当該信号が画像取得システムをトリガーするため使用される。  
更に別の実施例では、回転位置検出装置がタレット配置装置の駆動機構に取り付けられ、駆動シャフトの回転位置が画像取得システムの正確なタイミングを検出するため使用される。
【００１３】
このセンサーの出力を使用するとき、画像取得の位置及びタイミングを、装置の規則的作動の間に定期的に、装置の外部から調整することができる。
別の実施例では、近接センサーは、部品が配置されているか否か又は配置サイクルが既知の非配置動作であるか否かを決定するため位置センサーと連係して使用される。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明の実施例が適用可能である、一例としてのデカルト座標式選択配置装置２０１の概略図である。選択配置装置２０１は、例えば回路基板２０３等の製品素材を、輸送システム又はコンベア２０２を介して受け取る。配置ヘッド２０６は、部品供給部（図示せず）から製品素材２０３に取り付けられるべき１つ以上の電子部品を得ており、製品素材２０３上の適切な位置で適切な配位で部品を配置するため、ｘ、ｙ及びｚ方向に製品素材に対する相対運動を経験する。この相対運動は、配置ヘッドを動かすことにより、製品素材を動かすことにより、又は、それらの組み合わせにより発生させることができる。配置ヘッド２０６は、配置ヘッド２０６が、選択位置から配置位置まで部品を動かすときノズル２１０により保持された部品の下で通過する整列センサー２００を備えていてもよい。センサー２００は、部品が部品選択位置から配置位置まで動かされている間に部品配位とある程度までの部品検査とをもたらすことができるように、配置装置２０１がノズル２１０により保持された部品の下側を監視することを可能にしている。他の選択配置装置は、構成部品の画像を形成するため静止カメラの上方を動く配置ヘッドを用いてもよい。配置ヘッド２０６は、製品素材２０３に対する配置ヘッド２０６の相対位置を容易に計算することができるように製品素材２０３上の基準マークを突き止めるため一般に使用される下方に監視するカメラ２０９を備えていてもよい。
【００１５】
図２は、本発明の実施例が適用可能である一例としての回転タレット式選択配置装置の概略平面図である。タレット式選択配置装置１０に対して、製品素材２０３はｘ−ｙステージ（図示せず）上にコンベアを介して積載される。配置ノズル２１０は、主要タレット２０に取り付けられ、回転タレットの回りに規則的な角度間隔で配置されている。各々の選択配置サイクルの間、タレットは、隣接する配置ノズル２１０の間の角度距離に等しい角度距離を指し示している。タレットが所定位置へと回転し、製品素材２０３がｘ−ｙステージにより位置決めされた後、配置ノズル２１０は、所定の選択点１６において部品供給部１４から部品１０４を得ている。この同じインターバルの間、別のノズル２１が別の部品１０４を製品素材２０３上の予めプログラムされた配置位置１０６に配置する。更に加えて、タレット２０が選択配置作動のため休止している間、上方を監視するカメラ３０は、部品のための整列情報を提供する別の部品１０４の画像を取得する。この整列情報は、対応する配置ノズルが部品を配置するため数ステップ後に位置決めされるとき製品素材２０３を位置決めするため選択配置装置１０により使用される。選択配置サイクルが完了した後、タレット２０は、次の角度位置に指し示し、製品素材２０３は、配置位置１０６に対応する位置に配置位置を動かすためｘ−ｙ方向に再位置決めされる。
【００１６】
図３は、本発明の実施例に係る配置ヘッドの概略図である。図３は、部品１０４が位置１０６上にノズル２１０により置かれた前後に、部品１０４の配置位置１０６の画像を取得するため配置された画像取得装置１００を示している。装置１００は、図４ａとその短時間後の図４ｂとに示されるように、部品１０４の配置の前に製品素材２０３上に配置位置１０６の画像を得ている。これらの前後の画像の比較は、部品レベルの配置検査及び検証を容易にする。一般に、例えばノズル２１０等のノズルが配置位置の上方で部品１０４を保持するときに、配置位置の画像の取得がなされるので、製品素材上に既に取り付けることができる部品それ自体又は隣接する部品からの干渉を最小にするか又は減少している間に配置位置１０６の画像形成することができることが重要となる。かくして、装置１００は、製品素材２０３の平面に対して角度θで傾斜される視野を捉えることを可能にする光軸を用いるのが好ましい。製品素材２０３及び配置ノズル２１０を互いに相対的に整列し、カメラアングルから製品素材２０３を映像化するため部品が製品素材２０３の上方の十分に高いところに位置するように画像取得インターバルの時間を正確に計測することも重要である。部品１０４が配置された後において、配置された部品１０４を視野に捉えることを可能にするのに十分にノズル２１０が格納された後で且つ製品素材２０３が次の配置位置へと移動開始する前に、画像を取得するように第２の画像形成は適切にタイミングが取られるべきである。
【００１７】
本発明の実施例は、一般に、（即ち、配置の前後に）意図した配置位置の２以上の連続画像を得る。配置が比較的迅速に起こり、装置のスループットを遅くすることが非常に望ましくないため、配置ヘッドと基板との間の相対運動の停止が僅かな時間内であるので２つの連続的な画像を非常に迅速に取得することが時折必要となる。例えば、約１０ミリ秒
以内に２つの画像を取得することが必要となり得る。
【００１８】
本発明の様々な態様によれば、多数連続画像の高速取得は、様々に異なる仕方でなすことができる。一つの仕方は、市販のＣＣＤ装置を使用し、それら装置を、装置から読み取ることができるよりも速い率で画像を取得するように非標準的な態様で作働することである。この画像取得技術に関する更に詳細な事項は、本願発明の譲渡人に譲り受けされた、米国特許番号６，５４９，６４７号に見出すことができる。多数連続画像を高速に取得する更に別の方法は、共通の光学系を通して意図した配置位置を視野に入れるように配列された多重ＣＣＤアレイを使用することである。
【００１９】
観察システムが製品素材２０３上の電子部品の配置の画像を捕捉するようにするため、観察システムは、配置の事象の前後で、製品素材２０３の画像を形成するべきである。前後にトリガーする信号を、部品を配置する装置により提供することができる。これらの信号は、配置タイミングに対する各配置に関して、安定で再現可能である。
【００２０】
図５は、本発明の実施例に係る、タロット式選択配置装置の概略図である。タレット式選択配置装置１０のために、これらのトリガーは、配置毎に３６０°回転する装置内に存在するシャフト２２０上にロータリーエンコーダ装置２３０を取り付けることにより導出することができる。かくして、本実施例では、エンコーダ装置２３０は、回転シャフト２２０に取り付けられた、その周囲にスロット２３６を備えた機械的ディスク２３１からなる。２つの光学センサー２３４、２３５は、ディスク２３１内のスロット２３６を検出するため装置１０の静止部に取り付けられている。ディスク２３１のスロット２３６のサイズ及び数、並びに、光学センサー２３４、２３５の配置は、位相が互いに９０°オフセットされた２つの矩形波を発生するのが好ましい。これは、観察システム２４０が、光学センサー２３４、２３５の直角位相デコーダ２４５を通してシャフト２２０の回転の位置及び方向を導出することを可能にしている。カウンター２４１は、観察システム２４０におけるシャフト２２０の位置の追跡を維持するため使用される。２つのトリガーが典型的に数十度離れているので、ディスク２３１は、全周囲３６０°に亘っている必要はなく、配置事象の前後を覆うπの角度を持つπ形状に形成することもできる。第３のセンサー２３３は、スロット２３６ではなくπの先導エッジ及び後面エッジを検出するため光学的に整列され、回転毎に一度、位置カウンター２４１をリセットするためインデックス信号として使用することができる。π形状のエンコーダディスクの利点は、現存するシャフト２２０に亘って設置するため２つの部品で作られなければならない全周囲３６０°のディスクに対して、製造し設置するのがより容易であるということである。
【００２１】
シャフト２２０が作動中に回転しているので、パイエンコーダ２３１の中実部分は、光学的インデックスセンサー２３３を遮蔽し、エッジ検出論理部２４６は位置カウンター２４１のリセットを引き起こす。シャフト２２０が更に回転するとき、光学的直角位相センサー２３４、２３５は、位置カウンター２４１をインクリメントする。エンコーダ位置の解像度は、ディスク２３１内のスロット２３６毎に４カウントである。
【００２２】
観察システム２４０は、前後の画像をトリガーするための配置サイクルにおける位置を表す、所望のシャフト位置２４２、２４３を用いてプログラムされている。位置カウンター２４１が前又は後にプログラムされた位置２４２、２４３のいずれかと等しいとき、観察システム２４０は、比較器回路２４４を使用して事象を認識し、画像を取得する。ソフトウェアインターフェースを使用したとき、トリガー位置を調整することができ、これによって、一旦シャフト２２０上に設置したならばエンコーダディスク２３１を機械的に調整する必要を無くす。シャフト２２０及び配置タレット２０の間に位置のバックラッシュ又は許容範囲が存在している場合、πの角度を、関心のある位置が機械的調整無しにπ角度内に含まれることを確実にするため当該許容範囲だけ大きくすることができる。加えて、様々に異なる部品サイズに対して、画像を取得するためにサイクル内で異なる最適トリガーポイントが存在し得る。上述されたような本発明の実施例を使用したとき、トリガーポイントは、各部品のためのトリガーポイントを最適化するため配置サイクルの間で変更することができる。
【００２３】
デカルト座標式選択配置装置２０１のために、各ノズル２１０は、典型的には、配置ノズルのｚ位置を決定するため配置された一体型エンコーダ２１３を有する。これらの場合には、エンコーダ２１３の出力は、観察システム２４０への入力として使用される。配置ノズル２１０のｚ運動を制御するため、エンコーダ２１３は、駆動シャフトの位置を測定するように配置されたロータリーエンコーダか又は配置ノズル２１０の垂直位置を測定するように配置されたリニアエンコーダのいずれかである。デカルト座標式装置における配置ノズルは、配置サイクルの間に両方向に移動するので、比較器は、ノズルの初期の下方ストロークの間に発生する前配置の画像取得タイミングと、ノズルの上方向ストロークの間に発生する後配置の画像取得タイミングとの間を区別するためノズル２１０がいずれの方向に移動するかを決定する必要がある。方向信号の追加とは異なり、観察システム２４０のタイミングの作動は、上記したタレット装置と同一である。
【００２４】
観察システム２４０の性能を更に向上させるため、タレット選択配置装置１０が部品配置を活動的には試みていない前後の画像を同定することが望ましい。この状況は、典型的には、部品整列カメラ３０が、配置ノズル２１０に部品が存在しないか又は誤った部品が存在することを認識するとき発生する。この状況では、タレット２０及びシャフト２２０は、なおも回転しているが、配置されるべきノズル３０上に部品が存在しないか又は部品が誤った種類となっている。ノズル２１０が配置位置１０６に達したとき、装置１０は、部品配置を試みるためノズル２１０を製品素材２０３に向かって下方には移動させない。この非配置動作が観察システム２４０によって認識されなかったならば、観察システム２４０は、その非配置動作が実際のエラーではなかったときでも配置エラーとして報告してしまう。この状態は、フォールスネガティブとして知られている。逆反射光学センサー３００を、配置ノズル２１０の機械的特徴部に合焦されるように配置された選択配置装置の固定部分に取り付けることにより、観察システム２４０は、ノズル２１０が配置を試みるため下方に移動していないか否かを推測することができる。ノズル２１０が部品を配置するため下方に移動した場合、逆反射センサー３００は、この最終的な運動を検出し、観察システム２４０に部分有効信号を送る。センサー３００からの負の部分の有効信号は、観察システム２４０に、次の配置サイクルを無視することができることを指し示す。
【００２５】
配置有効信号を決定するために展開することができる幾つかの方法が存在している。それらの方法は、ベーンをノズルに取り付け、光学的断続器を使用してベーンの位置を検出し、ヘッドの運動の作動を制御するため使用される部分有効信号を電気的に検出し、製品素材に向かう垂直運動でノズルを駆動するため使用される機構の作動状態を検出し、部分的に整列した観察システムにより発生された部分有効信号を監視する、各工程を備える。
【００２６】
本発明は、好ましい実施例を参照して説明されたが、当業者は、本発明の精神及び範囲から逸脱すること無く、形態及び詳細な構成に変更をなし得ることを認めるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、本発明の実施例を実施することができるデカルト座標式選択配置装置の概略図である。
【図２ａ】図２ａは、本発明の実施例を実施することができるタレット式選択配置装置の概略平面図である。
【図２ｂ】図２ｂは、本発明の実施例を実施することができるタレット式選択配置装置の概略前面図である。
【図３】図３は、部品配置装置の配置位置と整列された画像取得システムの簡単な概略図である。
【図４ａ】図４ａは、部品配置の前における回路基板の概略画像である。
【図４ｂ】図４ｂは、部品配置の後における回路基板の概略画像である。
【図５】図５は、本発明の実施例に係る選択配置装置のブロック図である。
【図１】
2007511092.tif 000003
【図２ａ】
2007511092.tif 000004
【図２ｂ】
2007511092.tif 000005
【図３】
2007511092.tif 000006
【図４ａ】
2007511092.tif 000007
【図４ｂ】
2007511092.tif 000008
【図５】
2007511092.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月15日(2005.11.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007511092.tif 000010
【図２】
2007511092.tif 000011
【図３】
2007511092.tif 000012
【図４】
2007511092.tif 000013
【図５】
2007511092.tif 000014
【国際調査報告】
2007511092.tif 000015
2007511092.tif 000016