(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品をピックアップして基板上に配置するためのノズルシステムであって、前記ノズルシステムは、
細長い中空部を有するノズルと、
前記中空部の内部に摺動可能かつ調整可能に配置され、前記中空部の動作内部長さを規定するように構成される止め具とを備え、
前記中空部は、前記止め具が調整されると自身の内部長さに沿って複数の部品を内部に収容するように構成される、ノズルシステム。
【請求項２】
前記ノズルは、前記中空部を少なくとも部分的に規定する複数の内壁を有し、遠位ノズル開口部が前記ノズルに形成され、前記遠位ノズル開口部は、前記複数の部品が前記遠位ノズル開口部を通って前記中空部に入るように構成される、請求項１に記載のノズルシステム。
【請求項３】
前記中空部と流体連結している真空源通路をさらに備え、前記ノズルは、前記内壁に形成されて前記真空源通路と前記遠位ノズル開口部との間に流体連結を提供する複数の空気通路を含む、請求項２に記載のノズルシステム。
【請求項４】
４つの空気通路が前記中空部のそれぞれの角に沿って形成される、請求項３に記載のノズルシステム。
【請求項５】
前記ノズルは、前記遠位ノズル開口部に隣接して配置されて前記中空部の内部の部品の存在を検出するセンサを含む、請求項２に記載のノズルシステム。
【請求項６】
前記センサは、発光部および光検出部を含む光学センサである、請求項５に記載のノズルシステム。
【請求項７】
前記センサに電力を提供する誘導結合システムをさらに備える、請求項５に記載のノズルシステム。
【請求項８】
前記誘導結合システムは、前記センサに電力を提供する変圧器２次コイルを含む、請求項７に記載のノズルシステム。
【請求項９】
前記変圧器２次コイルと前記センサとを接続する可撓性プリント回路基板をさらに備える、請求項８に記載のノズルシステム。
【請求項１０】
前記変圧器２次コイルは平面コイルである、請求項９に記載のノズルシステム。
【請求項１１】
前記センサは、前記中空部に部品が入れられたときに前記中空部の閉塞によって生じる圧力変化を検出するように構成される真空センサである、請求項５に記載のノズルシステム。
【請求項１２】
前記ノズルは、前記ノズル上に配置されて外部の場所から前記ノズルに／前記ノズルから光を伝達して前記中空部の内部の部品の存在を検出するａ）ミラー、ｂ）光ファイバ、ｃ）プリズム、ｄ）反射器、およびｅ）光パイプの少なくとも１つを含む、請求項２に記載のノズルシステム。
【請求項１３】
前記止め具に取付けられる磁石をさらに備え、前記磁石は駆動コイルに誘導結合されており、前記中空部の内部の前記止め具の位置は前記駆動コイル内の電流によって制御される、請求項１に記載のノズルシステム。
【請求項１４】
前記磁石の位置を磁気的に検出する磁気位置センサをさらに備え、
前記駆動コイルに電流が供給されていないときに位置測定が行われる、請求項１３に記載の真空保持ノズルシステム。
【請求項１５】
前記止め具に接続されるスクリューをさらに備え、前記スクリューの回転によって、前記中空部の内部の前記止め具の位置が調整される、請求項１に記載のノズルシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本技術は概して材料取扱の分野に関し、より特定的には、プリント回路基板上に部品を精密に配置する際に関係し得るような、第１の場所から第２の場所に小物を搬送するための機構および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
背景
小物のピックアップ、搬送および精密な配置は、通常、搬送する物品に係合して当該物品を解放するための真空ヘッドの使用を含む。そのような装置は一般にピックアンドプレース機構と称される。
【０００３】
ピックアンドプレース機構の中には、自身の自由端に真空ヘッドを装着するスピンドルを駆動する空気圧シリンダを含むものがある。スピンドルは、自身の軸に沿って必要に応じて前進および後退して物品（部品）をピックアップまたは配置し、スピンドルの軸に垂直な平面内に搬送されて部品を１つの場所から別の場所に移動させる。空気圧で動作する装置は、空気圧動作に固有のかなりの不利点を伴う。欠点の中には、スピンドルの軸に沿ってスピンドル位置を監視する困難さ、および、特に部品が非常に小さい場合の過度のサイズがある。
【０００４】
公知のピックアンドプレース機構には、たとえば、米国特許第５，２７８，６３４号（Skunes）、米国特許第６，１４５，９０１号（Rich）、米国特許第４，８６０，４３８号（Chen）、米国特許第４，５９５，３３５号（Takahashi）、米国特許第４，１５１，９４５号（Ragard）、米国特許第８，０６８，６６４号（Rudd）および欧州特許出願公開第０２３５０４５（Ａ２）号（Universal Instruments Corporation）が含まれる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
概要
１つの例示的なピックアンドプレース機械は、ピックアップヘッドによって機械的に回転するフィーダギアによって前進する供給テープカートリッジから部品を送るため、テープカートリッジがオンボードパワー部品を有する必要がない。ピックアップヘッドは、テープから部品をピックアップするピックアップ装置（たとえば真空ノズル）と、供給テープカートリッジのフィーダギアに係合してフィーダギアを駆動するラックギアとを含む。ピックアップヘッドはさらに、プリント回路基板（ＰＣＢ）などの基板上に部品を正確に配置する。
【０００６】
例示的なピックアンドプレース機械は、ピックアップ装置によって保持される部品に向かってコリメート光を投影するように配列されるコリメート光源と協働するコンポーネントカメラと、保持される部品の影画像がディフューザスクリーン上に投影されるように部品とコンポーネントカメラとの間に配置されるディフューザスクリーンとを含み得る。保持される部品の位置の線形補正および角度補正は、ディフューザスクリーン上のこの影画像に従って計算される。
【０００７】
例示的なピックアップノズルは、細長い中空部と、中空部の内部に摺動可能に配置される止め具と、中空部と流体連結している真空源とを有する。中空部は、内部止め具が近位方向に調整されると複数のピックアップ部品を同時に収容するように構成される。内部止め具が遠位方向に調整されると、中空部から基板上に部品がイジェクトされ得る。
【０００８】
コンピュータプログラム読取可能記憶媒体は、ピックアンドプレース機械がフィーダカートリッジから部品をピックアップし、次に（たとえばプリント回路基板を組立てるために）基板上に部品を精密に配置するのを制御するようにプログラムされる少なくとも１つのコンピュータプロセッサを制御する実行可能命令を含むコンピュータプログラムコード構造を格納し得る。そのようなプログラム制御下で、少なくとも１つのピックアップ装置がピックアップヘッド上に選択的に設置され得る。その後、ピックアップヘッドは、選択された部品供給テープを前進させるように制御され得る。同様にピックアップヘッドに装着される多目的カメラが、各フィーダカートリッジ上の読取可能情報を読取り、それぞれのフィーダ部品のための場所および／または識別情報を得て、そのようなデータを用いて、検出した場所および識別情報に従ってプリント回路基板の正確な組立をより良く保証し得る。
【０００９】
コンピュータプログラムコード命令はさらに、少なくとも１つのプロセッサが基板上の予め定められた場所に設けられるべき複数の部品を用いてプリント回路基板を仮想的に組立てるのを制御し得る。予め定められた場所に従って、複数の部品の個別の画像が基板の画像に重ね合わせられる。オペレータは、各仮想部品配置の場所を確認し、実際にはいずれの部品も消耗することなく各フィーダの適切な場所を保証し得る。
【００１０】
複数の部品が設けられた（たとえば半田付ペーストで基板上に保持された）基板を検査することもできる。撮像装置は、基板上の各部品の画像をキャプチャし、次に、基板上に設置された部品が実際に（ａ）同じ部品種類であるか否か、（ｂ）意図された部品であるか否か、および／または（ｃ）正確な方位で設置されたか否か、を容易に検出できるように、同じ部品種類であるべき画像がともにグループ分けされるように、画像をグループ分けし得る。
【００１１】
ピックアンドプレース機械のための例示的なフィーダカートリッジは、フィーダカートリッジを通してテープを送るように働くフィーダギアを含み得、フィーダカートリッジ自体には、電気、機械または空気力のオンボード供給がない。
【００１２】
ピックアンドプレース機械のための例示的なフィーダモジュールは、セットアップ時間を短縮するようにピックアンドプレース機械内の他のフィーダモジュールと交換可能であり得る。ユーザは、特定のジョブ（たとえばあるボードの組立）のための一群のフィーダカートリッジをフィーダモジュール内に構成し、その特定のボード組立が次に必要となるときまでフィーダモジュールをそのままにしておくことができる。そのようなモジュール性によって、ユーザはほんの数秒でジョブを変更することができ得る。
【００１３】
本技術の他の局面、特徴、および利点は、本開示の一部であり、かつ本技術の異なる側面を一例として図示している添付の図面と関連して考慮されると、以下の詳細な説明から明らかになるであろう。
【００１４】
添付の図面はさまざまな実施形態の理解を促進する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】例示的なピックアンドプレース機械の斜視図である。
【図２】図１のピックアンドプレース機械の例示的なモーションシステムの斜視図である。
【図３−１】図１のピックアンドプレース機械の例示的なフィーダモジュールの斜視図である。
【図３−２ａ】図１のピックアンドプレース機械の例示的なフィーダモジュールの図である。
【図３−２ｂ】図１のピックアンドプレース機械の例示的なフィーダモジュールの図である。
【図３−２ｃ】図１のピックアンドプレース機械の例示的なフィーダモジュールの図である。
【図３−２ｄ】図１のピックアンドプレース機械の例示的なフィーダモジュールの図である。
【図３−２ｅ】図１のピックアンドプレース機械の例示的なフィーダモジュールの図である。
【図４】図３の一部の拡大詳細図である。
【図５】図１のピックアンドプレース機械の例示的な取外し可能なフィーダカートリッジを示す図である。
【図６】図１のピックアンドプレース機械の例示的な取外し可能なフィーダカートリッジの斜視図である。
【図７−１】図６の取外し可能なフィーダカートリッジの別の斜視図である。
【図７−２ａ】図１のピックアンドプレース機械の別の例示的な取外し可能なフィーダカートリッジの斜視図である。
【図７−２ｂ】図７−２ａの取外し可能なフィーダカートリッジの別の斜視図である。
【図８】図１のピックアンドプレース機械の例示的なカバーフィルム駆動アセンブリの斜視図である。
【図９】図６の取外し可能なフィーダカートリッジの側面図である。
【図１０】図６の取外し可能なフィーダカートリッジの分解斜視図である。
【図１１】図１のピックアンドプレース機械の例示的なピックアップヘッドの斜視図である。
【図１１ａ】図１のピックアンドプレース機械の例示的な力検知機構を示す図１１の拡大詳細図である。
【図１１ｂ】図１１ａの力検知機構の分解斜視図である。
【図１１ｃ】図１１ａの力検知機構の別の分解斜視図である。
【図１２】図１１に示されるピックアップヘッドの下部の斜視図である。
【図１３】フィーダギアに係合する図１１のピックアップヘッドの側面図である。
【図１４】下方位置にある例示的な真空ノズルを示す図１１のピックアップヘッドの斜視図である。
【図１５】図１４に示される真空ノズルの斜視図である。
【図１６】図１のピックアンドプレース機械の例示的な真空ノズル交換器カートリッジの斜視図である。
【図１７】図１のピックアンドプレース機械の例示的な光学サブシステムの斜視図である。
【図１８】図１のピックアンドプレース機械の例示的な光学サブシステムの斜視図である。
【図１９Ａ】図１７および図１８の光学サブシステムの光路の概略図である。
【図１９Ｂ】図１７および図１８の光学サブシステムの光路の概略図である。
【図２０Ａ】図１７および図１８の光学サブシステムの光路の概略図である。
【図２０Ｂ】図１７および図１８の光学サブシステムの光路の概略図である。
【図２１】図１のピックアンドプレース機械のための例示的な随意の複数部品真空ノズルシステムの斜視図である。
【図２２】図２１の複数部品真空ノズルシステムの分解斜視図である。
【図２３】図２１の複数部品真空ノズルシステムの分解上面図である。
【図２４】図２１の複数部品真空ノズルシステムの分解底面図である。
【図２５】図２１の複数部品真空ノズルシステムの真空ノズルの図である。
【図２６】図２１の複数部品真空ノズルシステムの真空ノズルの図である。
【図２７】図２１の複数部品真空ノズルシステムの真空ノズルの図である。
【図２８】図２１の複数部品真空ノズルシステムの真空ノズルの図である。
【図２９】図２１の複数部品真空ノズルシステムの真空ノズルの図である。
【図３０】図２１の複数部品真空ノズルシステムの真空ノズルの図である。
【図３１】複数部品真空ノズルシステムと誘導結合するためのピックアップヘッド装着コイルを含む例示的な随意の複数部品真空ノズルシステムの斜視図である。
【図３２】図３１の複数部品真空ノズルシステムの側面図である。
【図３３】複数部品真空ノズルシステムと誘導結合するためのピックアップヘッド装着コイルを含む例示的な随意の複数部品真空ノズルシステムの斜視図である。
【図３４】図１のピックアンドプレース機械のための例示的な随意の複数部品真空ノズルシステムの側面図である。
【図３５】図１のピックアンドプレース機械のための複数部品真空ノズルシステムの他の例の斜視図である。
【図３６】図１のピックアンドプレース機械のノズルとともに用いる例示的な電気誘導結合回路の図である。
【図３７】部品配置のための線形および／または角度補正を提供するために用いられる例示的な「正方形化」法のためのコンピュータプログラムコード構造のフローチャート図である。
【図３８−１】基板の画像の例示的なグラフィカル表現の図である。
【図３８−２】基板上に配置されるべき部品の画像の例示的なグラフィカル表現の図である。
【図３９】図３８−２の部品画像が図３８−１の基板画像上に配置された例示的な仮想ＰＣＢの概略図である。
【図４０】コンピュータで生成された定義済みＰＣＢを表す例示的な画像の図である。
【図４１】図４０の定義済みＰＣＢの上に重ね合わせられた図３９の仮想プリント回路基板の例示的なコンピュータ生成画像を示す図である。
【図４２】図３８−２のいくつかの部品画像が図３８−１の基板画像上で正しく配置されていない仮想ＰＣＢの例示的な概略図である。
【図４３】図４０の定義済みＰＣＢの上に重ね合わせられた図４２の仮想ＰＣＢのコンピュータ生成画像を示す図である。
【図４４】図４０の定義済みＰＣＢの上に重ね合わせられた完成したＰＣＢ画像のコンピュータ生成画像を示す図である。
【図４５】完成品検査を可能にする例示的なオペレータ表示画面を示す図である。
【図４６】ＰＣＢアセンブリに必要な部品に関する情報を提供する例示的なオペレータ表示画面を示す図である。
【図４７】基板上に部品を配置するピックアップ装置の例示的な力対距離プロファイルを示すグラフ図である。
【図４８】図１のピックアンドプレース機械のレーザエングレーバの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
例示例の詳細な説明
以下の説明は、いくつかの共通の特性および特徴を共有し得るいくつかの例（そのほとんどが図示される）に関連して提供される。任意の一例の１つ以上の特徴は他の例の１つ以上の特徴と組合せ可能であり得ることを理解すべきである。また、例のいずれかにおける任意の１つの特徴または特徴の組合せは付加的な例を構成し得る。
【００１７】
１．０  ピックアンドプレース機械
図１に示される例示的なピックアンドプレース機械は、外側フレーム１０３と、外側フレームによって支持されるディスプレイ１０５とを含む。機械１０００はさらに、フィーダモジュール３００の内部のフィーダカートリッジから選択された部品をピックアップし、当該部品を、その下方に位置し、かつフィーダモジュール３００の対向群同士の間の領域内に位置決めされる基板（たとえばプリント回路基板（ＰＣＢ））（図１には図示せず）の上に正確に配置するように配列される、ピックアンドプレースヘッド２００を含む。ディスプレイは、機械オペレータに便利なインターフェイスを提供する。
【００１８】
コンピュータ化制御回路が、（たとえば場合によっては当業者が認識するように好適な包括的オペレーティングシステムとともに）メモリ１１２に格納されるコンピュータ化プログラムコード構造を実行するように接続される少なくとも１つの中央処理装置（ＣＰＵ）１１０を含むとして図１に概略的に示されている。もちろん、ＣＰＵ１１０は、任意の必要なワーキングメモリ１１４、および好適な入力／出力（Ｉ／Ｏ）回路１１６へのアクセスも有する。実際に、表示画面１０５自体が（たとえばタッチセンサ式画面を用いて）オペレータにＩ／Ｏポートを提供し得る。理解されるように、マウス、キーボードおよび／または他の従来のＩ／Ｏ装置１１８も提供され得る。
【００１９】
ＣＰＵ１１０はさらに、以下にさらに説明されるように、ピックアンドプレース機械１０００全体にわたって分散しているさまざまな光源（たとえばＬＥＤ）および光学センサ１２０の制御を有する。また、例示的なピックアンドプレース機械１０００はさらに、ＣＰＵ１１０とインターフェイスして以下に説明されるように利用される多目的カメラ２５２およびコンポーネントカメラ２５１を有する。誘導結合回路１２２もＣＰＵ１１０とインターフェイスし、以下に説明されるように真空ノズルとの光学インターフェイスを制御するように利用される。ピックアップヘッドの上下運動およびピックアップヘッド真空ノズルへの真空オン／オフバルブ制御を制御するための制御回路１２６と同様に、Ｘ／Ｙモータ制御部１２４もＣＰＵ１１０に結合される。
【００２０】
図２に示されるＸ／Ｙモーションシステム４００を用いて、ピックアンドプレースヘッド２００がフィーダモジュール３００と所望の下部の基板場所との間で搬送される。モーションシステム４００は、ＸおよびＹ方向の両方における移動を提供することによって、ピックアップヘッド２００を任意の所望の部品ピックアップ場所（すなわちフィーダモジュール３００の内部のフィーダカートリッジ）に隣接して、かつ基板上の任意の所望の配置場所に隣接して位置決めすることができる。いったんピックアップヘッドが正確なｘ−ｙ座標場所に位置決めされると、ピックアップヘッド２００内のクランク機構（後述）がピックアップヘッドを垂直方向に迅速に上昇および下降させて、部品をピックアップするか配置する。
【００２１】
ピックアップヘッド２００は、Ｘ軸と平行なレール４２３を横切るスライダ４５５（１）に取付けられる。モータ４０３は、同様にＸ軸方向に延在するスクリューシャフト４１３を回転させる。ナット部材４５５はスクリューシャフト４１３を受け、さらに、モータ４０３が回転するとナット部材４５５がスクリューシャフト４１３に沿って移動し、それによってピックアップヘッドがＸ軸方向においてレール４２３を横切るように、スライダ４５５（１）に取付けられる。
【００２２】
レール４２３は、その端においてそれぞれのナット部材４４５，４４７に取付けられる。ナット部材４４５，４４７の各々は次に、それぞれのスライダ４４５（１），４４７（１）に接続される。スライダ４４５（１），４４７（１）は、各々がＹ軸方向に延在するそれぞれの平行レール４２４，４２６沿って移動するように配列される。２つの平行なスクリューシャフト４１４，４１６は、スクリューシャフト４１４，４１６の各々がそれぞれのナット部材４４５，４４７を通って延在するように、Ｙ軸方向に沿って配列される。各スクリューシャフト４１４，４１６は、モータ４０４，４０６が同期回転するとナット部材４４５，４４７がスクリューシャフト４１４，４１６に沿って同期して移動し、それによってレール４２３（およびしたがってピックアップヘッド２００）がＹ軸方向に移動するように、それぞれのモータ４０４，４０６に接続される。
【００２３】
レール４２４，４２６は支持部材４６２，４６４上に位置決めされ、安定した頑丈なベースをモーションシステム４００に提供し得る。さらに、スタビライザ４６３，４６５が支持部材４６２，４６４の間に延在してこれら支持部材を接続し、これら支持部材同士の間の相対的移動を防止し得る。
【００２４】
モータ４０３，４０４，４０６は、従来の位置フィードバックのためのエンコーダを用いてＸ／Ｙ方向におけるピックアップヘッド２００の精密な位置決めを可能にする、従来の同期した増分的なステップサーボモータであってもよい。
【００２５】
１．１  フィーダシステム
次に図３〜図１０を参照して、例示的なフィーダシステムが説明される。フィーダモジュール３００が図３に示される。フィーダモジュール３００は、図４に最もよく示されるように、複数の取外し可能なフィーダカートリッジ３５０を支持するフレーム３０５を含む。フィーダモジュールフレームは、間隔を空けられた２つのハンドル部３０７と、ハンドル部３０７同士の間に延在する前プレート部（またはレール）３０６とを含む。リール保持部３０９が前プレート部３０６の下方に位置決めされる。リール保持部３０９は、複数のテープ巻付リール３３０を取外し可能に受けるように配列される湾曲部を含む。リール直立支持部３８１はリール保持部３０９内に摺動可能に配置され、リール３３０に支持を提供してリールを直立に維持するのを助け得る。
【００２６】
ハンドル部３０７は、オペレータがフィーダモジュールをピックアンドプレース機械１０００内のその動作可能位置内に位置決めする、またはフィーダモジュールを動作可能位置から取外すのを容易にする。フィーダモジュール３００は交換可能である。前プレート部３０６の開口３１４は、ピックアンドプレース機械１０００から突出するアライメントピン（図示せず）を受けるように配列される。アライメントピンは、フィーダモジュール３００を機械内に適切に位置合わせするように作用する。前プレート部３０６の対向端も、図４に示されるように、開口３１４を含み得る。前プレート部３０６はさらに、図３に示されるように、フィーダモジュール３００をピックアンドプレース機械にロックするように構成されるフィーダモジュールロック／イジェクト機構３１１を含む。フィーダモジュールロック／イジェクト機構３１１はさらに、機械１０００からフィーダモジュール３００をイジェクトするように作動され得る。さらに、図３−１に示されるように、複数のアライメントスロット３９８が、間隔を空けられた配列で前プレート３０６の上部に形成され、上部全体にわたっている。各アライメントスロット３９８は、フィーダカートリッジ３５０の嵌合部に係合するように構成される。アライメントスロット３９８は、フィーダモジュール３００内にフィーダカートリッジ３５０を適切に位置合わせして間隔を空けるように作用し、これによって次にフィーダカートリッジ３５０がピックアンドプレース機械１０００内に適切に位置合わせされることが保証される。複数のフィーダモジュール３００が任意の時に機械内に位置決めされ得る。
【００２７】
アライメントスロット３９８は、０．２５インチ間隔を空けられ得る。典型的な８ｍｍのテープフィーダカートリッジの幅は０．５インチであるが、１２ｍｍおよび１６ｍｍのテープフィーダカートリッジの幅は０．７５ｍｍである。したがって、アライメントスロット同士を０．２５インチ離して間隔を空けることによって、８ｍｍ、１２ｍｍおよび１６ｍｍのテープフィーダカートリッジを、フィーダカートリッジ同士の間に隙間または無駄な空間がない状態で収容することができる。
【００２８】
フィーダモジュール３００のモジュール配列は、迅速なセットアップ時間を促進する。たとえば、ユーザは、特定のジョブ（たとえばあるボードの組立）のための一群のフィーダカートリッジ３５０をフィーダモジュール３００内に構成することができる。フィーダモジュール３００を、その特定のボード組立が次に必要となるときまでそのままにしておくことができる。そのような戦略に対するコスト障害は、比較的安価な材料で構成され、かつ（以下に説明されるように）パワーのオンボード供給なしで設計されるフィーダカートリッジ３５０の比較的低いコストによって取除かれる。換言すれば、ユーザは、ピックアンドプレース機械１０００のコストを大幅に追加することなく、従来のフィーダと比較してはるかに多いフィーダカートリッジ３５０を所有することができる。ユーザはさらに、フィーダカートリッジをテープ巻付リール３３０ごとに専用にすることもできる。フィーダモジュール３００は最大で４０個のフィーダカートリッジを収容し得、これによって、複雑なアセンブリに十分な容量を提供しつつ、携帯性も促進し得る。しかし、フィーダモジュール３００は、必要に応じて４０個を超えるフィーダカートリッジを収容するように構成されてもよい。
【００２９】
代替のフィーダモジュール３００−１が図３−２ａ〜図３−２ｅに示される。フィーダモジュール３００−１は、図３−２ａおよび図３−２ｂに最もよく示されるように、複数の取外し可能なフィーダカートリッジ３５０を支持するフレーム３０５−１を含む。フレーム３０５−１は、間隔を空けられた２つのハンドル部３０７−１と、ハンドル部３０７−１同士の間に延在する前プレート部３０６−１と、その上にフィーダモジュールが位置決めされる表面に係合する足部３０８とを含む。リール保持部３０９−１が前プレート部３０６−１の下方に位置決めされ、テープ巻付リール３３０をフィーダカートリッジ３５０の下方に収容する。フィーダモジュールロック／イジェクト機構３１１−１は、フィーダモジュール３００−１をピックアンドプレース機械にロックするように構成され得る。フレーム３０５−１は、スチールロッドまたは他の好適な材料で構成され得る。前プレート部３０６−１は、アルミニウムまたは他の好適な材料で形成され得る。
【００３０】
リール保持部３０９−１は、図３−２ｄに最もよく示されるように、リール３３０を支持する支持部材（たとえば間隔を空けられた１対の支持部材３９３（たとえば１対のロッド））を含み得る。支持部材３９３同士は、リール３３０の直径に比較的近いがそれよりも小さい距離だけ間隔を空けられ得る。この配列は、リール３３０が支持部材３９３同士の間の空間から落ちることを防止しつつ、さらに、支持部材と安定して係合したリールを含む。
【００３１】
フィーダモジュール３００−１は、リール３３０をリール保持部３０９−１内の所定位置にロックするロック装置３９１を含み得る。ロック装置３９１は、図３−２ｄに示されるように、リール３３０の頂部の近くに位置決めされるロック部材３９４（たとえばロッドまたはバー）と、ロック装置を作動させるフィーダモジュールの両端における１対のトリガ３９５と、１対のスリーブ３６２と、１対のばね３９７（たとえば螺旋ばね）と、ロック部材３９４をそれぞれのトリガ３９５に接続する１対のピボットアーム３０２とを含み得る。各トリガ３９５は、作動部３９５（１）（たとえばユーザによって（たとえば引っ張ることによって）変位されるか他の方法で作動されるように構成されるＵ字形部材などのユーザ係合部）と、動作部３９５（２）（たとえば作動部３９５（１）の移動を伝達してアーム３０２をピボット３９９の周りに回転させるように構成される細長い部分とを含み得る。
【００３２】
ロック部材３９４は、ピボットアーム３０２の第１の端部に接続され得る。ピボットアーム３０２の第２の端部は、当業者に理解されるように、随意のブロック３９６を介してそれぞれの動作部３９５（２）に回転可能に接続され得る。各螺旋ばね３９７は、動作部３９５（２）が螺旋ばねの内部を通って延在するように、ブロック３９６とスリーブ３６２との間に延在し得る。この配列によって、ばね３９７はブロック３９６（およびしたがってピボットアーム３０２の第２の端部をスリーブ３６２から離れるように（かつ第１のプレート部３０６−１に向かって）促し、これによって動作部３９５（２）を前プレート部３０６−１に向かって挿入位置内に移動させる。動作部３９５（２）が前プレート部に向かって促されると、ロック部材３９４は図３−２ｄに示されるようにロック位置に移動する。ロック位置において、ロック部材３９４は、リール３３０の上方に、かつリールが上向きに移動し過ぎて支持部材を除去することが（ロック部材３９４によって）防止されるように支持部材３９３に対して位置決めされる。したがって、リール３３０は、ロック部材３９４が図３−２ｄに示されるロック位置にある時、リール保持部３０９−１の内部にロックされる。
【００３３】
リール３３０は、ロック部材３９４がばね３９７の復元力に逆らって十分な距離だけ変位し（図３−２ｅ）、リールがリール保持部３０９−１内の所定位置に位置決めされてロック部材３９４がそのロック位置に跳ね返る（図３−２ｄ）まで各リールを（ロック位置にある時の）ロック部材３９４に押付けることによって、リール保持部３０９−１に容易に挿入され得る。曲がったタブ３７９は、ピボットアーム３０２が垂直位置を過ぎて旋回することを防止し、それによって、リールが強制的な引っ張りによって取外されることを防止する。リール３３０は、テープ３４０がフィーダカートリッジ３５０を通って送られる際にリール３３０の回転を可能にするようにリール保持部３０９−１内にロックされる。すなわち、たとえばプラスチックで形成されるリールは、支持部材３９３および／またはロック部材３９４に対して摺動し得る。
【００３４】
ユーザは、トリガ３９５をばね３９７の復元力に逆らって前プレート部３０６−１から引離すことによって、リール３３０をリール保持部３０９−１から取外すためにロック部材３９４を図３−２ｅに示されるロック解除位置に移動させ得る。
【００３５】
スリーブ３６２は直立部３６２（１）を含み得ることに留意すべきである。別の例では、ばね３９７は、直立部３６１（２）とピボットアーム３０２との間に（たとえばブロック３９６を介して）延在し得る。当業者は、ばね３９７をロック装置３９１内に配列するための他の好適な配列があることを理解および認識するであろう。さらに、リール３３０をフィーダモジュール３００−１内にしっかり固定するための他の好適なロック配列を用いてもよい。
【００３６】
図３−２ｂに示されるように、ガイド部材３０３はフィーダカートリッジ３５０とリール３３０との間に延在し、使用済テープ３４０がリール内でもつれないように使用済テープをリールから離れるように案内し得る。
【００３７】
フィーダモジュール３００−１は、ピックアンドプレース機械１０００の表面に係合してフィーダモジュールをピックアンドプレース機械内の動作位置に挿入することを促進するように構成されるローラ３０１を含み得る。図３−２ｂに示されるように、開口３０４（たとえばテーパ状のボア）がフィーダモジュールの両端部に配置され得る。開口３０４は、ピックアンドプレース機械１０００上の嵌合ピンを受けてフィーダモジュールをピックアンドプレース機械内に位置合わせするように構成され得る。
【００３８】
図４に示されるように、複数の取外し可能なフィーダカートリッジ３５０がフィーダモジュール３００の前プレート部３０６に装着される。各リール３３０からのテープ３４０は、それぞれのフィーダカートリッジ３５０を通って送られる。基板上に配置されるべき部品は、テープ３４０の上および／または中に含まれる。フィーダカートリッジ３５０は、部品を運ぶテープを、部品がピックアップヘッド２００によるピックアップのために露出される部品ピックアップ場所に送るように働く。フィーダカートリッジ３５０は、パワー（たとえば電気、機械または空気力）のオンボード供給を有しない受動装置（以下により詳細に説明される）である。テープ３４０は、所与の部品サイズ（たとえば８，１２，１６，２４ｍｍまたはそれ以上）についての任意の好適な幅を必要に応じて有し得る。
【００３９】
フレーム３０５の前プレート部３０６は、その上縁部に沿った第１の取付装置（たとえば隆起３１６、たとえば丸みを帯びた隆起）と、底縁に沿った第２の取付装置（たとえば凹部３１７）とを含む。第１および第２の取付装置は仕切られ（または他の方法で分割され）、したがって各々は、それぞれのフィーダカートリッジに対応する複数の第１の取付装置および複数の第２の取付装置として構成されてもよいことに留意すべきである。上述のように、アライメントスロット３９８が前プレート部３０６の上部に形成される。ある例では、アライメントスロットは少なくとも一部が隆起３１６に形成され得る。隆起３１６および凹部３１７は、フィーダカートリッジ３５０を前プレート部３０６に取付けることを促進する。
【００４０】
図５に最もよく示されるように、フィーダカートリッジの本体部３５２は、第１の接続装置（たとえば受け部３５２（１）ａ）で終端する上側取付部３５２（１）を含む。上側取付部３５２（１）は、その内面上にアライメント突起３６３を含む。アライメント突起３６３は、アライメントスロット３９８と嵌合する形状を有して構成され得る。図７−１を参照して、本体部３５２は、自身の端部全体にわたっている第２の接続装置（たとえば突出部３５２（２）ａ）を有する下側取付部３５２（２）を含む。突出部３５２（２）ａは、傾斜した、またはテーパ状の表面３５２（２）ｂを有する。
【００４１】
フィーダカートリッジ３５０をフレーム３０５に装着するために、アライメント突起３６３がそれぞれのアライメントスロット３９８に収まることによって受け部３５２（１）ａを隆起３１６の周りに位置決めするように、上側取付部３５２（１）が前プレート部３０６上に配置され得る。ユーザが次にノブ３６５を押下げ得ると、傾斜面３５２（２）ｂが前プレート部３０６（たとえば位置付け部材３１７（１））に係合し、これによって次に、突出部３５２（２）ａを前プレート部３０６の凹部３１７にスナップ挿入させるために下側取付部３５２（２）が屈曲する。下側取付部３５２（２）と凹部３１７とのスナップフィット配列によって、設置が容易になる。この配列によって、フィーダカートリッジ３５０は一端のみにおいてフィーダモジュール３００の前プレート部３０６によって支持されることによってカンチレバーを形成する。この配列によって、コンパクトなフィーダカートリッジおよびリールパッケージングが可能になる。フィーダカートリッジ３５０のカンチレバー装着によって、フィーダカートリッジの底部への接近が可能になる。したがって、リール３３０はフィーダカートリッジの下方に装着され得、各リールからのテープ３４０はそれぞれのフィーダカートリッジの底部に送られ得る。フィーダカートリッジおよびリールを積層配列で提供すると、フィーダモジュールの実装面積を減少させるのに役立つ。別の例では、フィーダカートリッジ３５０はカンチレバー方式でピックアンドプレース機械１０００に直接接続されてもよい。好ましくは、受け部３５２（１）ａおよび隆起は嵌合形状を有する。
【００４２】
例示的なスナップフィット配列は、「部品間の取付が、接合される部品の一方または他方と同種である位置付けおよびロック特徴（拘束特徴）を用いて達成される機械継手システム。接合には、（可撓性を有する）ロック特徴が嵌合部に係合するために脇に移動し、その後ロック特徴がその元の位置に戻り、部品を互いにラッチするのに必要な干渉を達成することが必要である。第２の種類の拘束特徴であるロケータ特徴は可撓性を有さず、取付において強度および安定性を提供する。」と説明され得る。The First Snap-Fit Handbook, Bonenberger, 2000。
【００４３】
フィーダカートリッジを取外すには、ユーザはノブ３６５を押上げるだけでよく、これによって前プレート部３０６が下側取付部３５２（２）に対抗する力を及ぼし、これによって次に、突出部３５２（２）ａが凹部３１７との係合を外れるように下側取付部が屈曲する。
【００４４】
図５〜図７−２ｂを参照して、不正加工防止装置が一群のフィーダカートリッジを通って送られ得るように、溝３６５（１）がノブ３６５に形成される。これによって、（たとえば一定のボードの組立のために特定のフィーダモジュール内にグループ分けされた）一群のフィーダカートリッジ３５５を、それらが次に必要となるときまで「棚上げ」しつつ、フィーダカートリッジのグループ分けが変更されないことを保証することができる。
【００４５】
ピックアンドプレース機械１０００は、適切な設置位置におけるフィーダカートリッジ３５０の存在を検出する検出装置（たとえば前プレート部３０６に設けられる光インタラプタ３１３）を含み得る。光インタラプタ３１３は、当業者によって理解されるように、間隔を空けられた発光部および光検出部を含む。本体部３５２の突起部３１５は、突出部３５２（２）ａが凹部３１７にスナップ挿入するよう十分深く挿入されると光インタラプタ３１３の光透過を遮断し（したがって光インタラプタをトリガし）、それによってフィーダカートリッジ３５０の前プレート部３０６への適切な取付を確認するように位置決めされる。完全に挿入されていないフィーダカートリッジ３５０は、ピックアップヘッドに干渉し得る上昇位置を有し得る。上述の配列によって、フィーダカートリッジ３５０が前プレート部に接続されるたびに、フィーダカートリッジは所定位置にスナップ挿入し、前プレート部３０６に対して一貫して位置決めされることになる。
【００４６】
光インタラプタ３１３を用いて、フィーダカートリッジ３５０が取外されたとき、または新たなフィーダカートリッジが追加されたときが判断され得る。後述されるように、新たなフィーダカートリッジ３５０を追加すると、ピックアンドプレース機械１０００がフィーダカートリッジから情報を取得することが促され得る。
【００４７】
図７−２ａおよび図７−２ｂに示される代替例では、前プレート部３０６−１は、フィーダカートリッジ３５０の突起部３１５を受けるための、間隔を空けられた一連のガイド溝３１０を含んでもよい。各ガイド溝３１０はそれぞれのアライメントスロット３９８−１に対応し、各フィーダカートリッジ３５０がピックアンドプレース機械１０００内に適切に位置合わせされることをさらに保証する。図９に示されるように、上側取付部３５２（１）は、前プレート部３０６−１上のアライメントスロット３９８−１と嵌合する突起３６４を含み得る。光インタラプタ３１３はガイド溝３１０の内部に配置され得る。さらに、前プレート部３０６−１は傾斜面３６６を含み得、この上に突出部３５２（２）ａの傾斜面３５２（２）ｂが係合してフィーダカートリッジの前プレート部３０６−１への取付を促進し得る。すなわち、図７−２ｂを参照して、ユーザがノブ３６５を押下げると、突出部３５２（２）ａが凹部３１７にスナップ挿入するまで傾斜面３５２（２）ｂが傾斜面３６６に対して摺動するにつれて、フィーダカートリッジ３５０が時計回り方向に回転する。また、図７−２ａおよび図７−２ｂに示されるように、下側取付部３５２（２）は引込部を含み、位置付け部材３１７（１）を収容するためのより明白な捕捉部３５２（２）ｃを形成し得る。
【００４８】
本体部３５２はさらに、上側取付部３５２（１）と下側取付部３５２（２）との間に配置され、かつ前プレート部３０６−１に係合してフィーダカートリッジ３５０を安定させるように構成される安定部３９２を含み得る。安定部３９２は、隆起３１６と凹部３１７との間に配置される前プレート部３０６−１の係合部と接触し得る。安定部３９２は、前プレート部３０６−１の平坦部に係合して、フィーダカートリッジ３５０と前プレート部３０６−１との間の移動を制限することによってフィーダカートリッジを安定させるように構成される延長平坦部を含み得る。当業者は、他の嵌合面を用いて移動を制限してもよいことを認識するであろう。受け部３５２（１）ａ−１は、隆起３１６と反対側の前プレート部３０６−１の表面に係合するように構成される延長部を含み得る。
【００４９】
図５を参照して、テープ３４０は、複数のスプロケット穴３４１と、部品（図示せず）を収容する複数の部品ポケット３４３と、部品がピックアップのために露出されるべき時まで部品をポケット３４３に入れておくカバーフィルム３４４とを含む。カバーフィルムは、テープ３４０および／または部品に軽く糊付けされるか熱封止される薄い透明膜であり得る。テープ３４０がフィーダカートリッジ３５０を通って前進すると、カバーフィルム駆動アセンブリ３５９がカバーフィルムをテープ３４０から剥離し（たとえば図５のテープ３４０上の移動矢印参照）、部品をピックアップゾーン３４２にわたって露出する。
【００５０】
フィーダギア３５５は、フィーダカートリッジ３５０内に回転可能に配置される。フィーダギア３５５は、フィーダカートリッジ３５０の外部の駆動力に依存して回転する受動ギアである。フィーダギア３５５は、外部の駆動装置との係合を促進するように本体部３５２から露出され得る。しかし、別の例では、フィーダギア３５５は本体部３５２内に引込んでおり、本体部のスロットを介して接近可能であってもよい。スプロケットホイール３５６（図５）はフィーダギア３５５とともに共通軸の周りに回転可能であり、回転してフィーダギアとともにロックされる。図１０に示されるように、フィーダギア３５５およびスプロケットホイール３５６は、シャフト３６０上に回転可能に配置され得る。ピックアップヘッド２００は、後述されるように、フィーダギア３５５を駆動するラックギアを含む。所与のフィーダカートリッジ３５０のフィーダギア３５５が（ピックアップヘッド２００によって）駆動されると、スプロケットホイール３５６もフィーダギアとのそのロック配列のために回転する。スプロケット歯３５６（１）はテープ３４０のスプロケット穴３４１に係合し、テープをフィーダカートリッジ３５０を通して前進させる。
【００５１】
フィーダギア３５５のギア歯３５５（１）はカバーフィルム駆動アセンブリ３５９のカバーフィルム剥離ギア３５７，３５８（図５）に係合して、カバーフィルム３４４をテープ３４０から剥離する。具体的には、フィーダギア３５５のギア歯３５５（１）は、カバーフィルム剥離ギア３５７のギア歯３５７（１）と噛合う。ギア歯３５７（１）は次に、カバーフィルム剥離ギア３５８のギア歯３５８（１）と噛合う。カバーフィルム剥離ギア３５７，３５８は、ともにカバーフィルム３４４を引っ張ってテープ３４０から剥離するように機能する１対の嵌合ローラ３５７（２），３５８（２）にそれぞれ接続される。別の例では、フィーダギアは、当業者によって認識されるようなベルトまたは他の好適な装置を介してカバーフィルム駆動アセンブリ３５９を駆動してもよい。
【００５２】
図６および図７に示されるように、フィーダギア３５５は、以下により詳細に説明されるように、フィーダギアの位置をＣＰＵ１１０によって精密に求めることができるように、較正目盛３５１（たとえば１つおきの歯に対応する）を含む。較正目盛３５１は、高反射箔（たとえば白箔）でホットスタンプされ、容易な光学的検出を促進し得る。代替的に、目盛は、たとえば銀色または金色箔でスタンプされてもよい。較正目盛３５１は、較正目盛がテープ３４０上の部品の場所も特定し得るように、テープ３４０上の部品間隔に一致する態様でフィーダギア３５５上に配列され得る。
【００５３】
図４に戻って、一連の発光ダイオード（ＬＥＤ）（たとえばマルチカラーＬＥＤ３１２）が前プレート部３０６全体にわたっている。前プレート部３０６（またはフィーダモジュール３００の別のパーツ）は、ＬＥＤが各フィーダカートリッジ３５０上に配置される光パイプ３５４（たとえば半透明または透明プラスチックで形成される）と光学的に通信することを可能にする貫通孔または溝を含み得る。フィーダカートリッジ３５０は電力が不要であるため、ピックアンドプレース機械１０００によって生成される光（すなわちＬＥＤ３１２）は光パイプ３５４に選択的に送られ、各フィーダカートリッジ３５０の状態が得られ得る。この光は、光パイプ３５４の頂部のボタン３５４（１）を通してオペレータが見ることができる。
【００５４】
次に図６、図７および図９を参照して、フィーダカートリッジ３５０の本体部３５２は入口ガイド溝３８４を含み、これを通ってテープ３４０がピックアップゾーン３４２に案内される。入口ガイド溝３８４は、図９に最もよく示されるように、対向壁部３８４（１），３８４（２）によって形成される。いったんカバーフィルム３４４がテープ３４０から剥離されると、テープの残りの部分（部品が取外された後）は出口ガイド溝３８６を通ってフィーダカートリッジの外部に送られる。図９に示されるように、出口ガイド溝３８６は対向壁部３８６（１），３８６（２）によって形成される。同様に、剥離された使用済のカバーフィルム３４４は、対向壁部３８８（１），３８８（２）によって形成されるカバーフィルムガイド溝によってフィーダカートリッジ３５０の外部に案内される。
【００５５】
代替のカバーフィルム駆動アセンブリ３７０が図６〜図１０に示される。図８に最もよく示されるように、カバーフィルム駆動アセンブリ３７０は、嵌合ギア歯３７１（１），３７２（１）を有する第１および第２のカバーフィルム剥離ギア３７１，３７２を含む。第１のギア３７１は第３のギア３７３に接続され、当該ギアによって駆動される。図８および図１０を参照して、第３のギア３７３は、第３のギア３７３がフィーダギア３５５によって駆動されるようにフィーダギアのギア歯３５５（１）に係合するギア歯３７３（１）を有する。図６および図８に最もよく示されるように、カバーフィルム３４４は、フィーダギア３５５が回転すると剥離したカバーフィルムが第１および第２のギア３７１，３７２の間に引込まれることによってカバーフィルムをテープ３４０から剥離するように、嵌合する第１および第２のギア３７１，３７２の間に送られる。嵌合歯３７１（１）、３７２（１）はカバーフィルム３４４を駆動するが、カバーフィルム３４４は適度の力で歯３７１（１），３７２（１）を通って摺動するよう意図されていることに留意すべきである。代替的に、第１および第２のギア３７１，３７２の一方は代わりにローラ（たとえばゴムローラ）であってもよい。
【００５６】
第２のギア３７２は、テンショナーアーム３８０上に支持され得る。テンショナーアーム３８０の下部は、本体部３５２から突出するシャフト３８２（図１０）を回転可能に受けるシャフト開口部３８０（１）を含む。第２のギア３７２は、テンショナーアーム３８０の上部に取付けられる。テープ３４０が最初にフィーダカートリッジ３５０を通って送られると、オペレータは最初のセットアップ手順として、カバーフィルム３４４をテープ３４０の始端部から剥離し、カバーフィルムの始端部をカバーフィルム駆動アセンブリ３７０を通して送り得る。テンショナーアーム３８０は、第２のギア３７２が第１のギア３７１から離れるように回転することを可能にすることによって、カバーフィルム３４４の始端部を第１および第２のギア３７１，３７２の間に容易に配置するのに十分な空間を提供する。いったんカバーフィルムの始端部が第１および第２のギアの間の所定位置に来ると、テンショナーアーム３８０は第１のギア３７１に向かって回転し、カバーフィルムを第１および第２のギア３７１，３７２の間に挟み得る。テンショナーアーム３８０は、ばね（たとえばシャフト３８２に接続される螺旋ねじりばね（図示せず））によってカバーフィルムに向かって促され得る。
【００５７】
テンショナーアーム３８０は、オペレータがテンショナーアーム３８０を旋回させるのを手伝うノブ３８０（３）を含み得る。ノブ３８０（３）は、本体部３５２の開口部３５３を通って本体部から上向きに突出する。
【００５８】
別の例では、第１および第２のギア３７１，３７２の各々は、図１０に示されるように、分離可能な部分を含み得る。たとえば、第１のギア３７１は、本体部３５２の両側に配置され、かつ本体部３５２に形成される開口部３５２（３）を通って互いに接続される第１の部分３７１（ａ）および第２の部分３７２（ｂ）を含み得る。同様に、第２のギア３７２は、テンショナーアーム３８０の両側に配置され、かつテンショナーアームに形成される開口部３８０（２）を通って互いに接続される第１の部分３７２（ａ）および第２の部分３７２（ｂ）を含み得る。シャフト部が第１および第２のギア３７１，３７２の一方部から突出して他方部に接続し得る。
【００５９】
本体部３５２は、カバーフィルムをカバーフィルム駆動アセンブリ３７０に誘導するのを手伝う対向湾曲部３９０を含み得る。湾曲部は、カバーフィルムの経路をより精密に誘導するようにテーパ状であり得る。
【００６０】
図６および図７に示されるように、フィーダカートリッジ３５０は、（たとえば本体部３５２上に）ラベルを含み得る。ラベル３６１は、機械読取可能バーコード（または他の機械読取可能マーキング）、および人間が読取可能な英数字テキスト（これはもちろん機械読取および認識可能であってもよい）を含み得る。バーコードは、後述されるようにピックアップヘッド２００上の多目的カメラによって読取られ、その特定のフィーダカートリッジによって送られている特定の部品に関する情報（たとえば品番）をピックアンドプレース機械１０００（たとえばＣＰＵ１１０）に伝え得る。また、確認として、オペレータは、ラベル３６１上の英数字テキストを読取るだけで、ラベル上の部品識別情報（たとえば品番）がフィーダカートリッジ３５０を通して送られているテープ３４０を含むリール３３０上の部品識別情報（たとえば品番）と一致していること保証することができる。
【００６１】
図４に戻って、ある例では、４つのカラーＬＥＤ（たとえば緑、青、赤および黄色のＬＥＤ３１２）が用いられ得る。新たに設置されたフィーダカートリッジの光パイプ３５４は、ラベル３６１が読取られるまで黄色を点滅し得る。ラベル３６１の読取が成功した場合、光パイプは緑または青色光を示し得る。緑色光は準備がすべて完了したことを示し得、青色光はフィーダカートリッジの準備はできているが現在のプログラム（組立）では用いられないことを示し得る。したがって、青色光は現在のアセンブリについての「誤った」フィーダカートリッジを示しているか、または単にフィーダカートリッジが後の組立に必要であることを示している可能性がある。フィーダカートリッジがラベルを有さない場合、または読取不可能なラベルを有する場合、光パイプ３５４は赤色を示す。組立プロセス時、青色光はユーザに対し、現在の組立に影響を与えずにどのフィーダカートリッジ３５０を取外すことができるかを示し得る。これは、新たなアセンブリへの切替を促進する。
【００６２】
さらに、フィーダカートリッジの光パイプ３５４は、フィーダカートリッジが現在の製造速度で一定時間（たとえば２０分）後に空になる時に（たとえば赤色を）点滅し得る。この光は、フィーダカートリッジが空の状態に近づくにつれて（たとえば空になるまで５分間）、より速い速度で点滅し得る。これは、ユーザに対して再装填のために部品の新たなリールを準備するように警告することができ、または、ユーザはバックアップフィーダカートリッジを設置するだけで、主要なカートリッジが欠乏すると機械がバックアップフィーダカートリッジに戻ることを可能にし得る。主要なフィーダカートリッジの光パイプ３５４は次に、赤色を表示して空の状態を示し得る。
【００６３】
フィーダカートリッジ３５０のパーツ（たとえば本体部３５２、フィーダギア３５５、スプロケットホイール３５６、およびカバーフィルム駆動アセンブリ３５９，３７０）は好ましくはプラスチック（たとえば射出成形プラスチック）で形成される。
【００６４】
１．２  ピックアップヘッド
図１１〜図１４を参照して、例示的なピックアンドプレース機械１０００のピックアップヘッド２００が示される。ピックアップヘッド２００はフレーム２０４を含む。ピックアップヘッド２００を制御するためのコントローラ（たとえばプリント回路基板２０２）がフレーム２０４に取付けられる。フレームは対向側壁２０４（２），２０４（３）を含む。各側壁２０４（２），２０４（３）は連続的に延在してもよいし、または内向きにオフセットした上部を有する側壁２０４（３）の態様でオフセット部を含んでもよい。前下壁部２０５が側壁２０４（２），２０４（３）の前部同士の間に延在し、後下壁部２０７が側壁２０４（２），２０４（３）の後部同士の間に延在する。
【００６５】
ギア駆動機構２１０がピックアップヘッド２００の下部に配置され、前および後下壁部２０５，２０７に回転可能に接続される。図１２に最もよく示されるように、ギア駆動機構２１０は１対の平行アーム２１２，２１４を含む。アーム２１２，２１４は、ピボット２１７において下壁部に回転可能に接続される。アーム２１２，２１４は任意の好適な材料で形成され得るが、好ましくはアルミニウム、Ａｌステンレス鋼または真鍮で形成される。
【００６６】
ラックギア２１６が、当該ラックギアがアーム同士の間に延在するようにアーム２１２，２１４の自由端に接続される。ラックギア２１６は任意の好適な材料で形成され得るが、好ましくはアルミニウム、Ａｌステンレス鋼または真鍮で形成される。ラックギアは、そのときラックギアと位置合わせされている特定のフィーダカートリッジのフィーダギア３５５のギア歯３５５（１）と噛合う１つ以上のギア歯２１６（１）を有する。すなわち、アーム２１２，２１４は、図１３に最もよく示されるように、ピックアップヘッド２００が特定の選択されたフィーダカートリッジ３５０にそのように位置決めされると、下向きに回転してラックギア２１６をフィーダギア３５５と噛合わせるように構成される。いったんラックギア２１６がフィーダギア３５５に係合すると、ピックアップヘッドはモーションシステム４００によってＹ軸方向に移動してフィーダギア３５５を駆動し、それによってテープ３４０を割出して（すなわち移動させて）次の部品をピックアップゾーン３４２に持込むことができる。フィーダカートリッジに必要な動力はしたがってピックアップヘッド２００によって必要に応じて供給され、フィーダカートリッジ（またはフィーダモジュール）自体の内部に駆動モータを有する必要はない。
【００６７】
ギア駆動機構２１０は、係合しているフィーダギア３５５上の較正目盛３５１を読取る光学検知システム（たとえば反射センサ）を含む。図１２に示される例では、ギア駆動機構２１０は、ラックギア２１６の両端に２つのセンサ（たとえばＬＥＤ／フォトトランジスタセンサ）２１８を含む。２つのセンサ２１８は、ラックギア２１６の両側にも配置される。センサ２１８は、フィーダギア３５５に向かって発光するように配列されるＬＥＤを含む。当業者によって理解されるように、発光した光が反射しているか否かを検出するフォトトランジスタ要素も各センサ２１８に含まれる。したがって、センサ２１８は、フィーダギア３５５の回転位置を精密に検出することができる。示されるように、センサ２１８は対向して向けられるため、フィーダギアがピックアップヘッド２００の一方側にあるときに一方のセンサを用い、フィーダギアがピックアップヘッド２００の他方側にあるときに他方のセンサ２１８を用いることができる。
【００６８】
光学センサ２１８を用いて、センサ２１８の一方からフィーダギア３５５までの距離によって求められる、横（ｘ）軸方向におけるギア位置も測定され得る。センサ２１８は、センサが反射光を検出可能な比較的狭い範囲（距離）を有する。応答信号振幅はフィーダギア３５５から特定の距離でピークに達し、その点からより大きいまたはより小さい距離で急速に下降するため、ピーク振幅点に対して最適距離を特定することが可能になる。当業者は、信号振幅のピークの代わりに「谷」を用いてもよいことを認識するであろう。応答がピーク振幅に対して予め定められた振幅を有するまでセンサ２１８を移動させると、ギアの横方向の位置（フィーダギア３５５からセンサ２１８までの距離）が特定される。フィーダギア３５５、スプロケット３５６およびテープ３４０は互いに接続されているため、フィーダギア３５５の測定した横方向の位置を用いて、ピックアップゾーン３４２の場所およびピックアップすべき部品をさらに判断することもできる。このピーク／距離検知動作はオンザフライで行なわれ得る。たとえば、当該プロセスは、振幅のピークおよびピークが発生した位置に注意しつつ−ピークは所望の最適距離に対して公知の距離にある−、フィーダギア３５５から比較的近い位置にあるセンサ２１８を用いて開始し、次にセンサをフィーダギアから遠ざけることによって、または代替的に、比較的遠く離れたセンサ２１８を用いて開始し、次にセンサをフィーダギアに近づけることによって行なうことができる。
【００６９】
フィーダギア３５５の回転位置を用いてＹ軸方向における部品の場所を求めることができ、フィーダギアの横方向の位置を用いてＸ軸方向における部品の場所を求めることができる。この情報はピックアンドプレース機械１０００によって用いられ、ピックアップゾーン３４２のその求めた場所が精密化される。ピックアップゾーン３４２の正確なＸ軸場所の知識を用いて、フィーダの横方向の場所のミスアライメントの影響を軽減または相殺することができる。同様に、ピックアップゾーン３４２の正確なＹ軸場所の知識を用いて、駆動ギアトレインの機械的勾配または遊びによって生じる誤差の影響を軽減または除去することができる。
【００７０】
センサ２１８は、発光するＬＥＤおよび反射光を検出するフォトセンサを含む。しかし、当業者は、ＬＥＤが、発光する、および反射光を検知する（ここではフォトダイオードとして動作している）二重機能を果たし得ることを理解するであろう。そのような配列によって、ギア駆動機構２１０上のセンサ２１８が必要とする空間が減少し得る。
【００７１】
図１１に最もよく示されるように、電気機械ソレノイド２２０がピックアップヘッド２００内に位置決めされる。電気機械ソレノイド２２０は、係合要素（たとえばローラ）２２２を下降させ、当該係合要素がアーム２１４に係合して当該アームをそのピボットの周りに下向きに押し、ギア駆動機構２１０を下降させるように作動され得る。他の例では、電気機械ソレノイド２２０の代わりにエアシリンダまたはモータ（たとえばリニアモータ）を用いてもよい。ギア駆動機構２１０は、（図示されるような）ばねまたは他の好適な装置によってその元の位置に戻り得る。
【００７２】
図１１および図１４を参照して、ピックアップヘッド２００は、選択されたテープ３４０から部品をピックアップし、次にその部品を基板（図示せず）上の精密に定められた場所に精密に定められた方位で配置するように機能するピックアップ装置（たとえば真空ノズル２３０）を含む。真空ノズル２３０が図示される例に示されているが、部品をピックアップして配置する他の方法を用いてもよいことに留意すべきである。たとえば、グリッパーを（たとえば真空圧駆動ピストンによって）作動して、部品をピックアップして当該部品を基板上に配置してもよい。電磁石を用いて磁気部品をピックアップしてもよい。接着剤を用いて部品をピックアップして配置することもできる。他の例には、状態変化接着（たとえば水を氷に凍結する）、ＡＣ磁気誘導（非磁性部品が導電性である場合は当該部品を引付け得る）、ジェットエントレインメント（圧力によって部品をピックアップして配置するために用いられ得る）、および帯電が含まれる。
【００７３】
図１１に示されるように、真空ノズル２３０はノズルホルダ２３１から懸架している。真空ノズル２３０は、ノズルホルダ２３１に取外し可能に取付けられる。ノズルホルダ２３１は、その上端がノズル回転モータ２３４のシャフトに接続される。真空ノズル２３０は、真空ノズル２３０の遠位開口部で真空／吸引を提供するために、ノズルホルダ２３１を介して真空発生器と可撓性流体連結している（たとえば可撓管）。真空は、部品がピックアップされ、フィーダカートリッジと基板との間の輸送中に真空力によって（すなわち実際にはノズルの遠端の真空によって生じる部品の上部および下部に対する差動気圧力によって）遠位ノズル端に対して保持され得るように提供される。
【００７４】
ノズル回転モータ２３４は、ノズルホルダ２３１と反対側のプラットフォーム２３２の上側に位置決めされる。ノズル回転モータ２３４は、真空ノズル２３０によってピックアップ／保持される部品の角度位置を調整するために真空ノズル２３０を回転させるように作用する。ノズル回転モータ２３４は好ましくは、従来の位置フィードバックエンコーダを用いて真空ノズル２３０の精密な回転調整を提供するサーボステップモータである。
【００７５】
真空ノズル２３０は、たとえば後述される力検知機構８００を介して、プラットフォーム２３２に接続されるクランク機構によって迅速に上昇および下降する。クランクアーム２４０は、下向きに延在してプラットフォーム２３２に接続する接続ロッド２４２に接続される。クランクアーム駆動部２４６（たとえばサーボ制御される回転モータ）は、クランクアーム２４０を回転させ、それによって接続ロッド２４２が真空ノズル２３０を上昇または下降させるように配列される。プラットフォーム２３２が上昇または下降すると、ノズル回転モータ２３４もプラットフォーム２３２に沿って上昇または下降する。プラットフォーム２３２は、フレーム２０４の後壁２０４（１）上に位置決めされる垂直ガイドレール２３９に沿って摺動するように配列される。クランク機構の代わりに、真空ノズル２３０は、ボイスコイルリニアモータのモータ駆動リードスクリューなどの他の装置によって上昇および下降してもよい。
【００７６】
図１１に見ることができるように、プラットフォームはピックアップヘッド２００の側部まで延在してカメラアセンブリ２５０を支持する。したがって、カメラアセンブリ２５０も、ピックアップヘッド２００が下方位置にある図１４に見ることができるように、プラットフォームとともに上昇または下降する。真空ノズル２３０は、真空ノズルが図１４に示される下方位置にあるときに、選択されたテープ３４０から部品をピックアップするように、または部品を基板上の選択位置に配置するように配列される。
【００７７】
図１５に示されるように、真空ノズル２３０はフランジ２３０（１）と、ネック部２３０（２）と、遠位ノズル開口部２３０（３）とを含む。突出部２３８およびノッチ２３７によって、ピックアップヘッド２００および／またはノズル交換器カートリッジ上の真空ノズル２３０の制御された正確な割出された位置決めが可能になる。具体的には、突出部２３８を用いて真空ノズル２３０がノズルホルダ２３０内に位置合わせされ得、ノッチ２３７を用いて真空ノズルがノズル交換器２７０内に位置合わせされ得る（以下に記載）。ノズル種類および／または識別に関する情報は、基準マーキング２３３，２３５（たとえば反射性／非反射性および／またはカラーコード化されたマーキング）によって符号化され得る。
【００７８】
ノズル交換器カートリッジ２７０が図１６に示される。ノズル交換器カートリッジは、異なってサイズ決めされた真空ノズルを含むさまざまな真空ノズルを収納し得る。ノズルサイズは、特定のテープ３４０上に含まれる部品のサイズに対応し得る（たとえば、大きい部品には大きい真空ノズルが必要とされ得る）。ノズル交換器カートリッジは、ピックアンドプレース機械１０００内のピックアップヘッド２００に接近可能な領域内に配列される。このように、ピックアップヘッド２００は選択位置で下降して、ノズルホルダ２３１を所望の真空ノズルに取付け得る（または現在取付けられている真空ノズルをノズル交換器カートリッジの空いているキャビティ内に置き得る）。そして、選択された真空ノズル２３０は、ロックプレート２７３をノズルと小開口部２７２とのアライメントから、ノズルとノズル交換器カートリッジ２７０の大開口部２７４とのアライメントにシフトすることによって、ノズル交換器カートリッジ２７０からロック解除され得る。ロックプレート２７３は（たとえばソレノイド、エアシリンダまたはモータで）前後に駆動され得る。
【００７９】
ピックアップヘッド２００内の多目的カメラを用いて、所望の真空ノズルのピックアップのためにおよび／または真空ノズルをノズル交換器カートリッジ２７０の現在空いている位置に置くためにピックアップヘッドを選択的に位置決めするように、真空ノズル２３０上の基準マーキング２３３，２３５が読取られ得る。ＣＰＵ１１０はさらに、特定の交換器カートリッジ位置にある真空ノズルの識別、および交換器カートリッジの開放位置等を記録する表または他のデータを維持するようにプログラムされ得る。
【００８０】
ノズル交換器カートリッジ２７０上の基準マーク２７１（たとえば丸いドット）を用いて、交換器カートリッジの精密な設置場所が突き止められる。交換器種類、位置の数等の他の情報が基準サイズまたは場所によって符号化されてもよい。ユーザが（たとえばノズル構成を変更するために）交換器カートリッジ２７０を開けたときを報告する光インタラプタ（図示せず）が内部に位置決めされ得る。システムは、交換器カートリッジ２７０が開けられると真空ノズル上の基準マーキング２３３，２３５を再び読取るように促される。いったん交換器カートリッジが開くと、システムは、ユーザに便利なように交換器カートリッジを開放位置に維持し得る。
【００８１】
１．３  デュアルカメラアセンブリ
ピックアップヘッド２００は、部品センタリングおよびさまざまな他の撮像制御機能を提供するデュアルカメラアセンブリ２５０を採用する。図１７および図１９Ａ〜図２０Ｂを参照して、デュアルカメラアセンブリ２５０は、真空ノズル２３０上に保持される部品の影画像（シルエット）をキャプチャする横向きコンポーネントカメラ２５１を含む。コンポーネントカメラ２５１は、部品の角度調節および線形調節、すなわち部品の位置決めを促進する。デュアルカメラアセンブリ２５０はさらに、基板の画像をキャプチャし、（たとえばフィーダカートリッジ３５０上の）バーコードラベルを読取り、（たとえば機械１０００上の）較正目盛を撮像し、他の撮像機能を実行する、下向き多目的カメラ２５２を含む。カメラ２５１，２５２は好ましくは高解像度モノクロカメラである。
【００８２】
コンポーネントカメラ２５１および多目的カメラ２５２は、図１９Ａに最もよく示されるように、ビームスプリッタ２５０（２）を介して単レンズ２５０（１）を共有する。レンズ２５０（１）は好ましくは、通常の（テレセントリックではない）カメラ撮像用の通常レンズである。レンズ２５０（１）を通過する光は、ビームスプリッタ２５０（２）によってコンポーネントカメラ２５１および多目的カメラ２５２の両方に誘導される。しかし、例示的な実施形態では、コンポーネントカメラ２５１および多目的カメラ２５２を同時に使用する必要はない。
【００８３】
デュアルカメラアセンブリ２５０はさらに、カメラ２５１，２５２およびマイクロプロセッサ／コントローラサブシステムを最終的に少なくとも１つのシステムＣＰＵ１１０にインターフェイスする従来のマイクロプロセッサ／コントローラサブシステム（図示せず）およびビデオキャプチャハードウェア（図示せず）を含む。
【００８４】
１．３．１  コンポーネントカメラ
図１７〜図１９Ａを参照して、光源（たとえばＬＥＤまたはレーザ）２５３からの光は、ミラー２５５、コリメートレンズ２５７、部品Ｃ、ディフューザスクリーン２５９、ビームスプリッタ２６０、レンズ２５０（１）およびビームスプリッタ２５０（２）を介してコンポーネントカメラ２５１に送られる。光源２５３は、図１９Ａに最もよく示されるように、光２５３（１）をミラー２５５に向けて下向きに投影する。ミラーは、光をコリメートレンズ２５７を通して、ディフューザスクリーン２５９に向かって反射する。ミラー２５５およびコリメートレンズ２５７は、図１８に示されるようにハウジング２５７（１）に入れられ得る。また、支持構造２５９ａがディフューザスクリーンを支持し得る。ディフューザスクリーン２５９から出る光２５３（１）は、図１９Ｂに最もよく示されるように、従来のビームスプリッタ２６０に入り、カメラレンズ２５０（１）に向けて上向きに誘導される。最後に、光２５３（１）はビームスプリッタ２５０（２）によってコンポーネントカメラ２５１に入る。
【００８５】
部品Ｃが真空ノズル２３０によってピックアップされると、図１８に示されるように、真空ノズルはピックアップヘッド２００の内部の上方位置に上昇する。そのような位置決めによって、図１９Ａに示されるように、ノズル開口部２３０（３）に対して保持されている部品Ｃが光２５３（１）の経路に入る。コリメート光は、部品Ｃの明確に焦点を合わせた影をディフューザスクリーン２５９上に投影する。ディフューザスクリーン２５９を（コリメート光によって照明される）部品Ｃとコンポーネントカメラ２５１との間に用いると、本質的に無限の被写界深度が提供される。
【００８６】
遠位ノズル開口部２３０（３）に対して保持されている部品Ｃは、典型的には必ずしもノズル開口部に対してセンタリングされない。したがって、保持される部品の基板上の正確な配置を保証するためには、部品を配置する前にアライメント補正を計算しなければならない。ディフューザスクリーン２５９上の部品の影画像を用いてこの補正が得られる。
【００８７】
正方形化法
ある例では、図３７を参照して以下に説明されるような位置調整ルーチン、または「正方形化法」を用いて部品Ｃのアライメント補正が得られ得る。
【００８８】
ノズルによって実際に保持されている部品角度は、ステップ６０１，６０２によって表されるように、部品Ｃを公称の予め定められた普通角の両側で２２．５度の試験角度まで回転させることによって測定される。測定は、カメラに面している部品の狭い側から開始する。この方位によって、所与の回転に対する最大の影の長さ変化が生じる。正方形化スケール因子数はこの方位に基づいており、長さ寸法が最初にカメラに面している場合はこの測定はうまくいかない。この問題は、正方形の対称部品では存在しない。ピックアップされた部品がたとえば回転して５度だけ位置合わせ不良である場合、試験回転によって２２．５−５および２２．５＋５度の実際の方位角度がもたらされ、それよって１７．５度および２７．５度の部品角度が得られる。
【００８９】
両方向を測定することによって、結果として得られるシルエット長（角度）のより大きい差が利用可能になり、精度が向上する。これらの値の比率が採用されるため、これらの値の実際の大きさ、または換言すればパーツのサイズは無関係である。また、これによって一定の形態の画像の歪みおよび非線形性が自ら無効になる。
【００９０】
水平方向の影の長さの比率は部品角度に関連する。当該比率が１よりも小さい場合、比率の逆数が用いられ、いずれの場合も１が差引かれる。これによって、部品角度が増加するにつれて増加する数が得られる。実際の角度との関係は部品のアスペクト比（幅／長さ）に依存するが、サイズには依存しない。当該比率は角度にほぼ比例するが、１〜１０度の間で約１５％減少する小さい下向き勾配を有する。この勾配によりよく適合するように方程式が用いられる。たとえば、Ｋ比＊Ｋ／２．４＋４．２は広範囲の部品サイズに対して良好に働き、Ｋは１０度の回転のスケール因子である。値Ｋは典型的に２０〜４０であり、部品寸法が分かっている場合は予め計算され得る。Ｋについての導出プロセスは、所与の寸法によって求められる部品の座標を（たとえば三角法によって１０度）回転させ、次にシルエット長の比率を算出し、当該比率を１０度に変換するスケール因子を導出する。
【００９１】
ステップ６０３によって表されるようなこの手順によって計算した部品角度をまず用いて部品を位置合わせし、その線形ミスアライメントを測定する。ステップ６０４において、部品を試験角（２２．５度）から公称の予め定められた普通角に回転させて戻し（しかし、さらに計算した誤差角度の原因となる）、これによって矩形部品の狭い側がカメラと平行に位置合わせされる。この回転方位は、部品が最初にゼロ誤差でピックアップされた場合に部品が有するであろう方位と等しい。カメラ画像の左エッジは測定のための基準点として用いられる。
【００９２】
ビデオ測定の基本単位は、センサ画素である。０．００１インチ／画素の解像度が好適である。しかし、測定解像度は単一画素のサイズに限定されない。画素強度を用いて部品の実際のエッジ位置を推論し、利用可能な解像度を効果的に高めることができる。これは一般にサブピクセル撮像、またはサブピクセル補間として公知である。「画像ノイズ」の影響を減少させるため、いくつかの連続線からの測定値が平均され得る。ステップ６０５において、画像の左エッジから部品シルエットの左右両方のエッジまでの画素カウントを測定する。ステップ６０６において、これらの２つの値を平均することによって部品の中心を見つける。中心＝（Ｌ＋Ｒ）／２である。部品中心とピックアップスピンドル（ノズルホルダ）中心との差は、補正しなければならない線形誤差である。ステップ６０７において、次に部品を９０度回転させた後、ステップ６０８において、プロセスを繰返して他方の軸上の誤差を見つける。このプロセスの結果は、ステップ６０９によって表されるように、線形Ｘ／Ｙ補正および角度補正の両方である。これは、部品が配置される直前にスピンドル（ノズルホルダ）位置に適用される。
【００９３】
平均化は正方形化プロセスに適用され得る。すなわち、部品画像中の他の走査線からのデータが採用され得る。具体的には、連続走査線からのＬのいくつかの値が平均されて「よりクリーンな」Ｌが生成され得る。このプロセスはＲについても用いられ得る。次に、単一の（Ｌ＋Ｒ）／２計算が行なわれてもよいし、または代替的に、いくつかの生のＬおよびＲ値を用いていくつかの（Ｌ＋Ｒ）／２計算が行なわれ、次に（Ｌ＋Ｒ）／２結果が平均されてよりクリーンな（Ｌ＋Ｒ）／２結果が生成されてもよい。いくつかのデータ点が利用可能である場合、アーティファクト除去も、結果として得られる計算の品質を向上させ得る。他の点から比較的遠く離れて存在しているデータ点は、結果を汚染しないように欠陥として除去され得る。このプロセスは、測定ノイズおよび画像中の埃などの物理的汚染の影響を除去することができる。
【００９４】
部品の中心に加えて、（Ｒ−Ｌ）を計算して部品長を求めてもよい。また、シルエット中の走査線を数えることによって、部品の厚みを求めてもよい。
【００９５】
１．３．２  多目的カメラ
図１７、図１８、図２０Ａおよび図２０Ｂを参照して、光源（たとえばマルチカラーＬＥＤアレイ）２５４からの光は、ディフューザ２５６、ビームスプリッタ２６０、レンズ２５０（１）およびビームスプリッタ２５０（２）を介して多目的カメラ２５２に送られる。光源２５４は、図２０Ａに最もよく示されるように、光２５４（１）をディフューザ２５６を通してビームスプリッタ２６０内に投影し、ビームスプリッタは光の一部を通過させて光の残りの部分を基板２５８に向けて下向きに誘導する。図２０Ｂに見ることができるように、基板２５８は、光をビームスプリッタ２６０を通して、次にレンズ２５０（１）およびビームスプリッタ２５０（２）によって多目的カメラ２５２に反射し返す。
【００９６】
ビームスプリッタ２６０を通過する光はディフューザスクリーン２５９および／またはその装着フレームに当たってビームスプリッタ２６０に反射し返され得、ビームスプリッタは光の一部を多目的カメラ２５２に向けて上向きに反射する。ディフューザスクリーン２５９から反射する光はディフューザスクリーン上に望ましくないゴースト像を作ることがあり、これは基板２５８の画像に重なって画像に干渉する。ある例では、反射防止装置（たとえば反射防止膜が形成された円偏光子２５９（１））がディフューザスクリーン２５９とビームスプリッタ２６０との間に設置され得る。図示される例では、反射防止膜が形成された円偏光子２５９（１）がディフューザスクリーン２５９に塗布（たとえば糊付け）される。反射防止膜は、当業者によって理解されるように、その前面からのゴースト反射を防止する。円偏光子は、入射光がディフューザスクリーン２５９にぶつかる前に入射光を偏光させる。したがって、ディフューザスクリーン２５９から反射する光は、円偏光子を通して可能になる偏光と反対の偏光を有するため、反射を抑制することができる。
【００９７】
真空ノズル２３０（およびしたがって撮像される部品）との固定された垂直方向の移動のために固定焦点を有し得るコンポーネントカメラ２５１とは異なり、多目的カメラ２５２は、基板２５８に対するその相対的な垂直方向の移動のために可変焦点を有する。多目的カメラ２５２の可変焦点能力によって、カメラはさまざまな撮像機能を実行することができる。
【００９８】
多目的カメラ２５２は、基板（またはピックアップヘッド２００の下方に位置する真空ノズル、フィーダカートリッジ等）を撮像するように配列される。多目的カメラ２５２は、基板２５８上に配置される部品の近接画像も提供し得る。多目的カメラ２５２はさらに、機械１０００上（たとえばベースまたは支持部上）に設けられる画像較正目盛を撮像し得る。さらに、当該カメラは、フィーダカートリッジ３５０上のバーコードラベル（たとえばラベル３５１）を読取ることができる。多目的カメラ２５２はさらに、フィーダカートリッジ上（たとえば上側取付部３５２（１）上）のフィーダカートリッジ３５０場所目標（基準マーク）（たとえば丸いまたは四角いドット）を測定して、実際のフィーダ場所値を用いてシステムを更新し得る。これらの撮像機能の各々は、異なる焦点距離で行なわれやすい。
【００９９】
また、多目的カメラ２５２は、逆ペリスコープミラーシステム（図示せず）とともに、部品Ｃのアライメント補正を得るために利用される上向きコンポーネントカメラの機能を果たし得る。これは、典型的に上向きカメラによって撮像される大型集積回路パッケージ（たとえば０．７５インチよりも大きい）に特に有用である。
【０１００】
１．４  力測定
部品（パーツ）をピックアップまたは配置する際にノズル２３０の「接触」力の制御を利用すると、かなりの利点が与えられる。特に、クランク駆動ノズルを用いて、以下に記載されるシステムは、クランク駆動部移動の実際の力成分のクリーンな「ノイズ」のない測定を可能にする。クランクの振動性質は、絶えず変化する方向における力を提供する。クランクアーム自体の内部の応力を測定すると、ピックアップまたは配置されているパーツに対してすべてが作用するとは限らない力成分によって汚染される値が生成される。実際に、これらの力成分のいくつかを用いてクランクシステムが加速される。この課題は最終的に、垂直成分を他のすべての成分から分離し、クランク構造の加速／減速の一因となる力の量、およびさらに、ピックアップまたは配置されるパーツ自体に付与される力の量を特定することを意味する。
【０１０１】
力の垂直成分は、ドアヒンジに似た可撓性を有する機械構造によって分離され、これは図１１ａ〜図１１ｃに関して以下に説明される。典型的なドアヒンジは、ドアの自由運動を可能にして内部／外部への通過を可能にするが、ドアが上／下または左右に動くことは禁止する。すなわち、ヒンジは、ドアが動作軸において自由に揺動することを可能にしつつ、上／下、左／右力に堅固な抵抗を提供する。同様に、クランクアーム終端構造内の細長い可撓性構造はこのように機能する。屈曲軸におけるこの構造の運動は、直面する力に対して比較的少量（たとえば０．０００１インチ）だけ逸れる力検知チップによって測定される。力の大きさはアナログ電圧として伝えられる。可撓性構造は中間値にばね留めされ、ノズルに対する上向き方向の力が、ばね留めされた可撓性構造を無負荷にする。したがって、回路基板との予期せぬ衝突が起こった場合、センサは過負荷にならずに無負荷になり、損傷を防止する。このシステムによって報告される力は、ノズル接触力と加速／減速力との合計である。
【０１０２】
３軸加速度計が移動構造に装着され、垂直方向の加速をアナログ電圧として報告し得る。したがって、（加速）力は、Ｆ＝ｍａを用いて加速から導出され得る。次に、合力から加速力を差引くことによって接触力が計算される。この測定力を用いて、図４７に関して以下に説明されるように、半田ペーストの有無を特定可能な力−距離プロファイルが作成され得る。力−距離プロファイルは、ノズル２３０の移動距離に対する測定力を報告し得る。特に、力対距離プロファイルは、（たとえば制御プロセッサで）分析され、予め定められた力対距離プロファイルと比較されて、半田ペーストの有無が判断され得る。
【０１０３】
例示的な力検知機構８００が図１１ａ〜図１１ｃに示される。図１１ｂおよび図１１ｃに最もよく示されるように、力検知機構８００は、ハウジング８０２と、プレート（たとえば回路基板８１０）と、ハウジング８０２および回路基板８１０互いに引寄せるために緊張状態でこれらに接続されるばね８０９とを含む。ハウジング８０２は、駆動点８０４（１）で接続ロッド２４２に接続するタブ８０４をその第１の側に含む。１対の壁部８０２（１）がタブ８０４から延在し、その各々が、ヒンジ８０８（たとえば薄い可撓性ヒンジ）を形成するためにカットアウト８０２（２）を内部に含む。屈曲壁８０７はヒンジ８０８から上向きに延在し、取付部８０６で終端する。この配列によって、力検知機構８００は動作軸の方向の力に応答して可撓性を有し、他の軸の方向の力に応答して剛性を維持する。
【０１０４】
取付部８０６は、たとえばスクリュー穴８０６（１）を通って延在するスクリューによってプラットフォーム２３２に取付けられる。したがって、回路基板８１０およびハウジング８０２は、ヒンジ８０８を介した屈曲壁８０７の移動によって互いに相対的に移動することができる。すなわち、たとえば、ノズル２３０に対する上向きの力によって、ハウジング８０２は、屈曲壁８０７が外向きに回転するにつれて回路基板８１０に向かって移動し得る。そのような移動は力センサ８１２（たとえば回路基板８１０上の半導体および歪ゲージ）によって測定され、ノズル８３０に対する上向きの力の大きさが求められ得る。調整可能部材（たとえばスクリュー）がハウジング８０２に取付けられ、ハウジング８０２が回路基板８１０に近づくとスクリューが接触点８１４を圧迫して力センサ８１２に入力される力を提供するように、開口８１６を通って接触点８１４に隣接した位置まで延在し得る。回路基板８１０は、回路基板がプラットフォーム２３２の下方に存在するように、取付部８０６に形成された引込部８１８上に静止し得る。
【０１０５】
ノズルが下向きに移動すると、ハウジング８０２は回路基板８１０から遠ざかり、測定力を減少させる傾向がある。他方で、ノズルが上向きに移動すると、ハウジング８０２は回路基板８１０に近づき、測定力を増加させる傾向がある。
【０１０６】
１．５  レーザエングレーバ
ピックアップヘッド２００はさらに、基板２５８（たとえばＰＣＢ）に部品情報、製造日、または他の情報を刻むレーザを含み得る。
【０１０７】
図４８を参照して、レーザ９００（たとえばレーザダイオード）がピックアップヘッド２００に装着され得る。レンズ９０２もピックアップヘッド２００に装着され、レーザエネルギをボードの表面上の小さいスポット上に合焦および集束させ得る。レンズ９０２は単一の要素を含んでもよいし、または代替的に複数の要素を含んでもよい。レーザ波長は、レーザエネルギの一部が基板表面によって吸収されるように選択され得る。必要となる電力は、基板表面の吸収効率に影響される。１０ワット以下の電力がほとんどの動作に好適であり得るが、より大きい電力を用いてもよい。電力を増加させると、より高速でのマーキングが促進される。
【０１０８】
ピックアップヘッド２００のＸＹ運動はオン／オフビーム変調と整合されて記号（たとえばアルファベット、数字および／またはバーコード型）を描き得る。レーザエネルギはマーキング速度に比例して線形変調またはパルス幅変調され得るが、単純なフルオンまたはフルオフも好適であり得る。
【０１０９】
基板２５８によって吸収されるレーザエネルギを用いて、ＰＣＢ半田マスクコーティング、ＰＣＢインクステンシルマーキングを蒸発させるかこれらに傷を付ける、または、たとえばボード種類、改定、連続番号、製造日、機械オペレータ名、および／もしくは製造ロットなど、ボード上にマーキングすることによってボードを識別するラベルを付けることができる。バーコードマーキングは、他の機械またはハンドヘルドのバーコードリーダによって後で読取るために適用され得る。
【０１１０】
記号は、ボードコンベアによって、または、ピックアンドプレース機械がボードを一方の軸に沿って移動させ、ヘッドが他方の軸に沿って動くボード移動軸の通常の使用によって、一方の軸に沿ったレーザ移動および他方の軸に沿ったボード移動によって描くこともできる。代替的に、ピックアンドプレース機械はボードを２つの軸方向に移動させてもよく、レーザは静止したままでもよい。
【０１１１】
レーザ９００はピックアップヘッド２００の外部に装着されてもよい。また、レーザは、ピックアップヘッド動作とは無関係に自身の別個の単軸または２軸動作プラットフォームに装着されてもよい。レーザビームは、回転または振動ミラー（たとえばガルバノメータ駆動ミラー）で走査され、静止または移動しているボードにマーク付けしてもよい。
【０１１２】
２．０  動作
次に、例示的なピックアンドプレース機械１０００の動作が説明される。
【０１１３】
所望のフィーダカートリッジ３５０がピックアンドプレース機械１０００に設置された後、ピックアップヘッド２００は、ピックアップすべき部品を有するフィーダカートリッジ３５０に隣接した位置に移動する。次に、センサ２１８が、選択されたフィーダカートリッジのフィーダギア上の較正目盛を走査する。この位置情報を用いて、ラックギア２１６がフィーダギアと位置合わせされて係合し得るように、フィーダギアが位置付けられる。フィーダギア上の較正目盛がテープ３４０上の部品間隔と一致するように配列されている場合は、そのような位置情報を用いて、テープ３４０上の部品ポケットの位置を求めることもできる。次に、ギア駆動機構２１０が下降し、ラックギア２１６がフィーダギア３５５に係合する。フィーダギア３５５の位置情報を考慮して、モーションシステム４００は次に、ラックギア２１６がフィーダギア３５５を駆動してテープ３４０を割出し（すなわち増分的に移動させ）、それによって次の部品ポケット３４３がピックアップゾーン３４２に入るように、ピックアップヘッド２００を精密な距離だけ移動させる。
【０１１４】
ラックギア２１６がフィーダギア３５５から解放された後、センサ２１８は、フィーダギア上の較正目盛を検知することによってフィーダギア３５５の位置を再び検出する。この位置情報を用いて、フィーダギアの回転方位および部品ポケット場所が、ＣＰＵ１１０による格納および以降の「ピックアップ」における後の使用のために、精密に位置付けられる。送り移動後の較正目盛を走査すると、バックラッシュの悪影響が実質的に除去される。すなわち、実際の移動距離と意図した移動距離との間に差異がある場合、そのような差異はＹ方向における補正移動によって補正することができる。次に、ギア駆動機構２１０が（図１１に示される）その上昇位置に戻る。
【０１１５】
次に、真空源の電源が入れられ、真空ノズル２３０がピックアップゾーン３４２内に下降して、テープ３４０内の部品ポケット３４３内に位置決めされた部品と接触またはほぼ接触する。真空力のために、部品は遠位ノズル開口２３０（３）に対して引上げられる。
【０１１６】
次に、コンポーネントカメラ２５１によって部品が撮像され、上述の正方形化法が実行され、遠位ノズル開口部に対して保持される部品の線形ＸＹ補正および角度補正の両方が得られて行われる。
【０１１７】
次に、真空ノズルが所望の配置場所（線形補正および角度補正の両方が含まれる）の上に位置決めされて下降し、（たとえば部品を半田ペーストに押込むことによって）部品が基板２５８上に配置される。次に、真空源の電源が切られ、真空ノズル２３０が上昇し、部品を基板上の所定位置に残す。次に、ピックアップヘッドが、ピックアップして配置すべき次の部品を有するフィーダカートリッジに移動する。このプロセスは、すべての所望の部品が基板上に配置されるまで繰返される。ＣＰＵ１１０は、上述のような例示的な動作方法を実行するためのコンピュータプログラムコード構造を格納し得る。
【０１１８】
２．１  制御コンピュータプログラムコード構造
制御プログラムコード構造１１２は、ＣＰＵ１１０によって実行されると、機械動作を単純化するように設計されたシステムをユーザに提供する。ＣＰＵ１１０は、格納されたプログラムコードを実行して有利なセットアップ特徴を提供する。
【０１１９】
２．１１  自動セットアップ
例示的な自動化セットアッププロセスが説明される。フィーダ管理は、セットアッププロセスの最大部分、および誤差が頻繁に起きる領域であることが多い。開示される例示的な自動セットアップシステムは、新たなプリント回路基板の組立に関連付けられるセットアップ時間を大幅に減少し、誤差が起こりやすい多くのプロセスを除去する。
【０１２０】
ユーザは、フィーダカートリッジ３５０をピックアンドプレース機械１０００内の任意のフィーダモジュール場所に設置し得る。フィーダカートリッジは、所与のフィーダカートリッジに関連付けられる特定の部品（パーツ）を気にせずに、すべてのまたは半分のスロット内に設置され得、機械内に配置され得る。各フィーダカートリッジは、多目的カメラ２５２によって測定されるとフィーダカートリッジの正確な場所を報告する、（たとえば上側取付部３５２（１）上の）永久的なアライメント目標マークを有する。さらに、各フィーダスロットは、ピックアンドプレース機械１０００内のフィーダカートリッジ３５０の適切な設置を確認する光学センサを含み得る。
【０１２１】
多目的カメラ２５２は光インタラプタ３１３とともに各フィーダカートリッジを検出し、ピックアンドプレース機械１０００内のその位置（場所情報）によって各フィーダカートリッジの場所を求める。多目的カメラ２５２はさらに、そのフィーダカートリッジに関連付けられる特定の部品（たとえば品番などの識別情報）をＣＰＵ１１０に知らせるラベル３６１上の機械読取可能バーコードを走査し得る。上述のように、オペレータは、確認として、ラベル３６１上の英数字テキストを読取るだけで、ラベル上の部品識別情報（たとえば品番）がフィーダカートリッジを通して送られているテープを含むリール３３０上の部品識別情報（たとえば品番）と一致していることを保証することができる。
【０１２２】
次に、システムは、集めたフィーダカートリッジ情報をアセンブリプログラムに提供し、アセンブリプログラムはいずれかの欠けている部品を特定する。ある部品が欠けている場合、ユーザは欠けているフィーダカートリッジを追加するだけでよい。システムは、各フィーダカートリッジの場所および部品の識別情報に従って基板の組立を編成する（たとえば各部品のピックアップおよび配置をスケジュール化する）。システムはさらに、（たとえば組立時間を短縮するために）最適化提案を提供し得る。
【０１２３】
いずれかの欠けている部品を認識および特定するため、システムは、集めたフィーダ情報を定義済みＰＣＢ情報と比較し得る。定義済みＰＣＢ情報は、必要な各部品のリスティング、および所与のＰＣＢアセンブリについての部品の配置場所の座標を含み得る。この情報はＣＰＵ１１０に提供され、組立プロセスが導かれ得る。集めたフィーダ情報と定義済みＰＣＢとの比較は、図４６に示される態様でオペレータに表示され得る。欠けている部品はハイライトされ、オペレータに欠けているフィーダカートリッジの追加を促し得る。
【０１２４】
システムはさらに、必要に応じて真空ノズルを自動的に選択および設置する。真空ノズル２３０は、ノズルの外面上に設けられる機械読取可能識別情報（たとえばバーコード）を有する。多目的カメラ２５２は、真空ノズル上の識別情報を読取り、次に（たとえばノズル交換器カートリッジ２７０から）現在所望されているノズルを自動的に選択し、そのノズルをノズルホルダ２３１に設置するように構成される。
【０１２５】
また、システムは、一部のボード母集団およびさまざまな回路基板構成に柔軟な支持を提供する。すなわち、たとえば、ユーザは、所与の品番の単一の部品、複数の部品またはすべての部品の配置をアクティブまたは非アクティブにし得る。
【０１２６】
パネルアレイは容易にセットアップでき、さまざまな方法で構築され得る。ボードは一度にいくつかを構築することが効率的であることが多い。ボードは線形または直線アレイで配列され得る。ユーザはアレイ内のボードの間隔を規定するだけでよく、システムは残りのセットアップ手順を実行する。第１の例では、システムは完全なボードを一度に１つずつ構築し得る。この方法の利点は、ユーザが他のボードを構築する前に完全なボードを観察および検査できることである。これによって、他のボードを構築する前に誤差を補正する機会が与えられる。別の例では、システムは、次の部品に移る前に、所与の種類および指定の各部品をアレイ内のすべてのボード上に配置してもよい。この方法は、ノズル変化の頻度を減少させ得るため、より高速である可能性がある。
【０１２７】
２．１２  仮想構築
最初のセットアップ手順の一部として、システムは、部品をまったく無駄にすることなくユーザがフィーダカートリッジ内の部品アライメントを確認することができる仮想構築特徴を提供し得る。図３８−１に示されるように、部品がまだ配置されていない、組立てるべきボード（基板）の走査画像がシステムにアップロードされ得る。走査画像は好ましくは高解像度画像である。当該画像は座標場所を教示するために用いられ得るが、この機能にはＣＡＤ重心データが好まれる。重心データは、すべての部品の部品種類／品番、各部品についてのボード上のｘ／ｙ座標場所、およびボード上の各部品の方位を含み得る。
【０１２８】
システムは、図３８−２に示されるように、各フィーダカートリッジ内の実際の部品の個別の格納画像（Ｃ１〜Ｃ８）を用い得る。図３９に示されるように、システムは、各部品を配置する（それによって仮想ＰＣＢを構築する）ための（たとえば重心データに含まれる）予め定められた場所に従って、部品画像Ｃ１〜Ｃ８を走査ボード画像に重ね合わせ得る。
【０１２９】
インポートデータから組立ボードの画像を作成するシステムとは対照的に、本システムは、ユーザ入力に基づいて部品方位を推定しない（これは、そのような入力が不正確である場合、配置誤差につながる）。テープ上の部品のキャプチャ画像（方位を含む）を用いることによって、ユーザ誤差の可能性が大きく減少するか、またはさらには排除され得る。いくつかの機械では、フィーダ内の部品を見ることすら困難である。さらに、そのような機械内の部品の方位を判断することは、機械内のフィーダの場所（前、後ろ、横）によってさらに複雑化し得る。
【０１３０】
仮想構築プロセスは、慣例であった誤差を排除する。仮想構築プロセスの結果は、多数の配列でユーザに提示され得る。一例では、図３９に示されるように、完成ボードの現実的なビューが提供される。別の例では、システムは、回転補正した品番／フィーダ番号が編成されたモザイクで部品を表示する。したがって、たとえば、フィーダカートリッジ番号「１７」から３つのキャパシタが用いられた場合は、３つの画像がフィーダカートリッジ「１７」にリンクされて見ることができる。現実的モードとは異なり、モザイクモードは、特定の種類のすべての部品が同じに見えるように部品回転を取消す。ユーザは、同じ種類（品番）の部品の画像の差を特定することに集中するだけでよい。
【０１３１】
このシステムはさらに、ユーザが誤差の原因を特定することを容易にする。たとえば、単一の部品にのみ問題がある場合、ユーザは、ＣＡＤ重心データに問題があると論理的に疑い得る。所与のフィーダのすべての部品に問題がある場合は、ユーザは、フィーダカートリッジデータ（たとえば品番、部品値（たとえば０．１ｕＦ／２０Ｖ）、パッケージ番号、フィーダ方位、テープ幅／ピッチ、極性／非極性（ｎ／ｐ））が推定原因であると論理的に疑い得る。部品の回転が０°および１８０°では正確であるように見えるが他のすべての角度では誤っているように見える場合は、ユーザは、重心データ内の回転方向が逆方向であると論理的に疑い得る。いくつかの部品の場所は正確であるように見えるが他の部品の場所は大きく誤っている場合は、ユーザは、重心データが不正確であると論理的に疑い得る。さらに、部品場所のほとんどまたはすべてが目標からかなりの程度まで離れている場合、ユーザは、寸法の単位（たとえばインチ／メートル）の混乱が原因であると論理的に疑い得る。このシステムの利点は、これらの「診断」が他のシステムと比較してはるかに明白であることである。
【０１３２】
したがって、ユーザは、さまざまな部品の配置を定義済みＰＣＢデータ（後述）と対照して確認し得る。他のシステムとは異なり、フィーダカートリッジの設置およびアライメントを確認するこの仮想プロセスでは、部品をまったく消耗しない。フィーダカートリッジアライメントは、カートリッジが機械の前に装着されているか後ろに装着されているかに関連し得る。また、上述のように、仮想構築プロセスは、誤ったＣＡＤデータなどの他の誤差、および入力並進（たとえば寸法の単位、回転方向等）の誤差も捉え得る。ユーザは、組立てるべきボード全体に改定ルールを適用することによって、入力並進誤差を補正し得る。
【０１３３】
さらに、定義済みＰＣＢデータは、図４０に示されるようにグラフィカルに表現され得る。部品Ｃ１〜Ｃ８をそれぞれ受けるための配置場所Ｐ１〜Ｐ８は、定義済みＰＣＢデータの座標情報に従って配置され得る。このように、定義済みＰＣＢのグラフィカル表現が仮想ＰＣＢに重ね合わせられ（たとえば重ね合わせられた画像は目視比較を促進するように部分的に透明である）、図４１に示されるように、より直観的な確認手順を提供し得る。ユーザは、部品画像Ｃ１〜Ｃ８の、対応する配置場所Ｐ１〜Ｐ８上への適切な配置を確認するだけでよい。図４２および図４３に示される例では、誤って設置されたフィーダカートリッジおよび／またはフィーダモジュール、不適切に配置されたテープリール３３０等によって配置不良の部品（たとえばＣ４およびＣ８）が生じており、これはオペレータによって容易に認識され得る。
【０１３４】
システムはさらに、各測定部品が実際に配置されていると後で認定するために、各部品の長さ、幅および厚みを保存し得る。この情報を用いて、ビデオセンタリングプロセスが試験、調整および完成され得る。たとえば、（線形／回転誤差補正プロセス時に）部品を測定する場合、当該部品は、適所を外れた、または欠けている部品の配置の試みを防止するために、寸法仕様を満たしていなければならない。「誤ったピックアップ（mis-pick）」と識別される部品は拒絶され、部品のフル画像がトラブルシューティングのために保存される。
【０１３５】
２．１３  製品検査
完成品検査を促進するため、多目的カメラ２５２は、各部品が基板２５８上に実際に配置されるとその部品の画像をキャプチャし得る。これらの画像は、各配置後に取得されてもよいし、またはアセンブリ全体が完成した後に逐次取得されてもよい。各配置後に画像を取得するほうがピックアップヘッド動作も少なくて済み、より高速であるが、後の配置が前の配置に干渉する場合、前の配置の画像は部品の後の移動を示さない。したがって、完成したアセンブリについての画像をすべてキャプチャすることが最も誤差のないプロセスであるが、より時間もかかる。しかし、検査段階ではピックアップヘッド動作は近くの部品同士の間でしか起こらないため、このプロセスは適度に速い。
【０１３６】
システムは次に、画像を容易に検査できるように編成する。たとえば、画像を同じ方位に回転させ、次に（たとえば品番によって）グループ分けする。そのような表示画面の一例が図４５に示される。画像は、部品種類フィーダカートリッジによって編成されるモザイクアレイで表示される。アレイの各線は、線上のすべての画像が同じように見えるように特定の品番（すなわち部品種類）の部品を表示し得る。この方法によって、ユーザは最も些細な相違点にも容易に気づくことができる。たとえば、アレイの線を分析することによって、オペレータは、基板上に設置された部品が実際に（ａ）同じ部品種類であるか否か、（ｂ）意図された部品であるか否か、および／または（ｃ）正確な方位で設置されたか否かを容易に検出し得る。
【０１３７】
図４５に示されるように、「部品種類１」の場所に誤って設置された異なる種類の部品は、他の部品と異なっていると容易に識別され得る。また、位置合わせ不良の部品種類２の部品は、他の部品と異なるその方位により、オペレータによって識別され得る。さらに、いったん基板半田がリフローすると、同じプロセスを用いて完成基板が検査され得る。
【０１３８】
別の完成品検査手順として、図４４に示されるように、定義済みＰＣＢ（後述）のグラフィカル表現を、（たとえば多目的カメラ２５２によってキャプチャされた）実際の完成したＰＣＢの画像の上に重ね合わせて、部品の正確な配置が保証され得る。
【０１３９】
当業者は、上述の重ね合わせ手順ごとに、どちらかの画像も重ね合わせ画像として作用し得ることを認識するであろう。さらに、当業者は、一方または両方の画像を少なくとも部分的に透明に提供すると比較が促進され得ることも認識するであろう。
【０１４０】
３．０  複数部品真空ノズル
上述の真空ノズル２３１の代わりに、図２１〜図３５に示される複数部品真空ノズルシステム５００がピックアンドプレース機械１０００内に用いられてもよい。複数部品真空ノズルシステムは、本体部５０６に取付けられる真空ノズル５０２を含む。ノズルのカラー５０２（１）は本体部に当接している。真空ノズル５０２は、複数の部品を同時に搬送するように構成される。このように、フィーダカートリッジ３５０から基板への真空ノズル５０２の各往復時に複数の部品が基板に送られ得る。
【０１４１】
真空ノズル５０２は、部品が遠位ノズル開口部５０４を通ってノズルに入るように構成される。真空ノズル５０２は、図３５に最もよく示されるように、中空部５０３を形成する複数の内壁５０７を有する（４つのうち２つのみが図示される）。部品は、中空部５０３内に互いに積層され得る。この配列によって、部品は真空ノズル５０２の内壁５０７によって自動的に位置合わせされるため、コンポーネントカメラが部品のミスアライメントを補正する必要はない。しかし、部品を任意の角度に配置するために真空ノズル５０２をやはり回転させてもよい。真空ノズル５０２の内壁５０７は、部品の形状と一致することによって部品を自動的に位置合わせするように設計される。示される例では、部品は矩形である。一例として、部品が０．０５×０．０８インチの場合、好適な遠位ノズル開口部５０４は０．０５２×０．０８２インチであり得る。中空部５０３は、遠位ノズル開口部と同じ断面寸法を有し得る。中空部５０３は、いくつかの部品を収容するのに十分長いように作られる。面取り部５０５が遠位ノズル開口部５０４に設けられて部品が入るのを手伝い得る。
【０１４２】
止め具５１２が中空部５０３内に摺動可能に受けられる。図３０に最もよく示されるように、４つの空気通路５０４（１），５０４（２），５０４（３），５０４（４）が中空部５０３のそれぞれの角に沿って形成され、真空吸引が止め具５１２の周りを通過することを可能にする。より多いまたはより少ない空気通路が設けられてもよいことに留意すべきである。さらに、止め具５１２の周りの空気通路の場所は変化し得る。たとえば、止め具の角に位置決めされる代わりに、空気通路は角同士の間に形成されてもよい。当業者は、中空部の形状は、ピックアップされて配置されるべき部品の形状に従って変化し得、したがって空気通路は中空部内の任意の好適な場所に位置決めされ得ることを認識するであろう。
【０１４３】
動作時、真空力によって、部品が、止め具５１２に当接するように、遠位ノズル開口部５０４を通って中空部５０３に引込まれる。止め具５１２は部品が反転するのを防止する。いったん部品が止め具に対して内壁５０７同士の間の所定位置に確立されると、止め具は１つの部品の厚みに等しい距離だけ中空部５０３内に後退し、次の部品のための場所を作る。単一の部品にのみ十分大きい空間を中空部５０３の端に設けることによって、部品の動作が完全に制御される。このプロセスを繰返して、所望の数の部品（たとえば最大で１０個以上、２〜５個、５〜１０個、１０〜２０個、１５〜２０個、最大で２０個、２０個以上）が中空部５０３内に積層され得る。
【０１４４】
止め具５１２はその後、遠位ノズル開口部５０４に向かって移動して、部品を基板上の半田ペーストに押込み得る。止め具５１２は好ましくは、位置フィードバックを用いてサーボステップモータまたはボイスコイルアクチュエータによって制御され、精密で増分的な移動を可能にする。ピックアップヘッド２００はさらに、従来の力フィードバック測定システムを組込んで配置プロセス導くのを助け得る。
【０１４５】
３．１  部品ピックアップの確認
光学センサ（たとえばＬＥＤ／フォトトランジスタセンサ）５１６が真空ノズル５０２の端部に設けられ、部品のピックアップが成功したときを検出し得る。センサ５１６は、ノズルの一方側から光ビームを発し、ノズルの他方側で光ビームを検出するように構成される。部品のピックアップが成功すると、部品は光ビームを遮断し、それによってピックアップの成功を示す。しかし、当業者は、センサが光遮断ではなく光反射に依存し得ることを認識するであろう。その場合、センサおよびエミッタはノズルの同じ側に位置決めされることになる。また、ミラー、光ファイバ、プリズム、反射器および／または光パイプを用いて光をピックアップヘッド２００上の静止センサ／エミッタに、およびこれらから搬送し、それによって真空ノズル５０２上のセンサ／エミッタへの誘導電力伝達の必要性を除去してもよい。さらに、他の非光学検知方法を採用してもよい。たとえば、誘導または渦電流を利用する磁気センサや、超音波検出、流体クロスフロー、気圧または容量変化などの他の技術を用いてもよい。空洞共振周波数は、音響および電磁スペクトルの両方に検出され得る部品の存在によって変化する。
【０１４６】
さらに、当業者によって理解されるように、発光する、かつ光を検知するフォトダイオードとして作用するＬＥＤを用いてもよい。ＬＥＤは典型的に光検知フォトダイオードまたはフォトトランジスタよりも小さいため、そのような二重機能構成によってセンサ５１６が必要とする空間が減少し得る。
【０１４７】
ＬＥＤを照明するための電力を提供し、誘導リンクで光学状態信号を戻す誘導結合システムが、例示的な実施形態において提供される。誘導結合システムは、非接触で誘導結合する２つのコイルを含む。図３１〜図３４を参照して、１次結合コイル５３０がピックアップヘッド２００上に固定されるように配列され、２次結合コイル５１０が真空ノズルシステム５００に装着される。２次結合コイル５１０は本体部５０６のシート５０８に装着され、可撓性プリント回路基板５２０を介してセンサ５１６に接続され得る。１次結合コイル５３０と２次結合コイル５１０との間に好適な空隙（たとえば０．２５インチ）が存在してもよい。これによって、真空ノズル５０２およびセンサ５１６を交換するために容易に外すことができる。さらに、１次結合コイル５３０はＺ軸上に固定され、２次結合コイル５１０は真空ノズルシステムに装着されるため、ノズル回転モータ２３４による真空ノズルの回転は電気的接続によって複雑化しない。フランジ５０９がシート５０８の上側に配列されて２次結合コイル５１０を含み得る。シート５０８およびフランジ５０９は、当業者によって理解されるように非導電性である。
【０１４８】
誘導結合システムの回路の例が図３６に示される。１次結合コイル５３０および関連の回路はピックアップヘッド２００上に含まれる。２次結合コイル５１０および関連の回路（可撓性ＰＣＢ５２０上に含まれる）は真空ノズルシステム５００に装着される。１次結合コイル５３０は、高周波数ＡＣ信号（たとえば３．０〜６．０ＭＨｚ）で駆動される。当該信号は、最少無線干渉を放射する方形波、パルス列、フィルタされた方形波または正弦波であってもよい。抵抗器（Ｒ１）が、１次駆動電流の測定を可能にする電流検知シャントとして働く。クランプダイオード（Ｄ１の左半分）はシャント抵抗器（Ｒ１）と平行であり、ＬＥＤ駆動段階時にそのインピーダンスを減少させ得る。２次結合コイル５１０の出力が負の半相にあるとき、ダイオード（Ｄ２の上半分）およびキャパシタ（Ｃ２）がＤＣを提供してＬＥＤに電力供給し、照明出力を生成する。キャパシタ（Ｃ２）は、ＬＥＤ光出力が他方の（正の）半相にわたって持続するようにエネルギを貯蔵する。
【０１４９】
正の半相は、光検知システムに電力供給する。光検知モードで動作しているフォトトランジスタまたはＬＥＤ（ＰＨＯＴＯ１）のいずれか一方が、好適なトランジスタ（Ｑ１）によって増幅される信号を提供する。このトランジスタは、センサが照明されるとより多くの電流を引込み、センサが照明されないとほとんど引込まない。正の半相時の電流引込の大きさは、光センサの明／暗状態を報告する。１次結合コイル５３０と直列のシャント抵抗器（Ｒ１）は、ＬＥＤ駆動電流を負の信号として、光電流を正の信号として報告する。単純なダイオード（Ｄ１の右半分）が、測定を容易にするためにＬＥＤ電流から光電流を分離する。最終的に、信号はアナログレベルとしてプロセッサチップ（たとえばＣＰＵ１１０）に搬送される。プロセッサはビーム遮断の直前の光レベルに注目し、変動およびドリフトの影響を減少させ得る。プロセッサは次に、小さい変化を確実に認識するために、この値に基づいて閾値を設定し得る。
【０１５０】
別の例では、真空ノズル５０２は、図３５に示されるように、１次結合コイル５３０と誘導結合するワイヤコイル５１０の代わりに、平面２次結合コイル５２２（たとえば可撓性ＰＣＢ５２０に、または可撓性ＰＣＢ５２０の一部として接続される平面螺旋コイル）を含んでもよい。平面２次結合コイル５２２は一体接続されて組立が容易であるが、ワイヤ２次結合コイル５１０は１次結合コイル５３０により近いため、より優れた結合効率を有する。平面２次結合コイル５２２は、図３５に示されるようにフランジ５０６（１）の遠位側に、または図３１〜図３４に示されるようにフランジ５０６（１）の近位側に配置され得る。さらに、当業者は、２次結合コイル５１０または平面２次結合コイル５２２のいずれか一方が任意の時に用いられるが、両コイルともノズルシステム上に配置され得ることを理解するであろう。
【０１５１】
別の例では、光学センサ５１６の代わりに、真空センサ（図示せず）が真空ノズル５０２の端部の近くに設けられて、部品が中空部５０３を閉塞することによって真空の流れを制限すると、圧力変化を検出することによってピックアップの成功を確認してもよい。
【０１５２】
３．２  止め具の作動
止め具５１２を中空部５０３に沿って移動させる力を生じさせるボイスコイルアクチュエータが採用され得る。図２２に示されるように、希土類磁石５１４（たとえば直径が０．２３６インチで長さが０．２３６インチ）が止め具５１２の上部で磁石受け部５１３に取付けられる。止め具は、束が（典型的に磁性の）部品に向けて下向きに伝わらないように、非磁性である。止め具５１２および磁石受け部５１３は、本体部５０６内に摺動可能に受けられる。図３１および図３２を参照して、線形駆動コイル５４０が、ピックアップヘッド２００上に固定されて磁石５１４と磁気結合して止め具５１２を移動させるように構成され得る。
【０１５３】
線形駆動コイル５４０と磁石５１４との間の空間は、磁気結合を最適化するようにできるかぎり小さくてもよい。線形駆動コイル５４０は、当業者によって理解されるように、線形駆動コイル内の電流の流れによって生じる磁場を用いて磁石５１４および止め具５１２の位置を制御する。本体部５０６に好適な材料は炭素繊維である。線形駆動コイル５４０内の電流は、好ましくはパルス幅変調を用いてクラスＤアンプによって制御される。
【０１５４】
磁石５１４および止め具５１２の作動は好ましくは、精密な移動を可能にするようにサーボ制御される。磁石の位置は、磁場強度センサで正確に求められ得る。この技術は、引用によって本明細書中に援用されるHoneywell application note AN211に記載されている。この位置は、アナログ電圧として磁気的に報告され得る。これを比例−積分−微分（ＰＩＤ）サーボループ内で用いて、線形駆動コイル５４０内の電流が制御され得る。線形駆動コイル５４０内の電流は、止め具５１２を所望の位置に維持するように必要に応じて調整され得る。磁石５１４からの静磁場、および線形駆動コイル５４０からの動的場の両方が磁場強度位置センサに影響し得るため、位置測定には、外部影響のない磁石５１４からの静的部品の測定が必要である。これを達成するために、線形駆動コイル５４０内の電流は、位置測定間隔時に一時的にオフにされ得る。当業者によって理解されるように、数千の測定値／秒が取られ得る。
【０１５５】
ボイスコイルアクチュエータと磁気位置フィードバックセンサとの組合せは、非常に高解像度の力測定を提供する。ボイスコイルは、適度な範囲にわたって磁石位置と無関係の駆動電流に比例する力を生成するため、ボイスコイルはほぼ線形ばねのように働く。したがって、位置センサと組合されたボイスコイルアクチュエータは、ミリグラム解像度を有するばねばかりと多少類似している。力は電流の直接関数として容易に制御され、距離は磁気センサで直接測定されるため、当該システムは力対距離関係を測定するのに適している。比較的小さいパーツについては、パーツを傷付けずに配置するために精密な力制御が不可欠である。他のフィードバックシステムも使用可能であることに留意すべきである。
【０１５６】
部品をピックアップして中空部５０３内に位置合わせするのを助けるために、止め具５１２の振動が誘発され得る。この振動は、サーボループ内のヒステリシスとして導入されて更新速度で振動を生成してもよいし、または振動は、ループ内の別個の誤差信号として導入されてより低い周波数で振動を得てもよい。振動はオンまたはオフにされてもよく、振動の周波数および振幅はさまざまな部品に対応するために変更されてもよい。
【０１５７】
また、中空部５０３の内部に保持される部品の場所を確認する光学センサ５１６が用いられ得る。部品の位置は、真空ノズル５０２によってピックアップされた最後の部品の底部などの基準場所に相対的であり得る。したがって、止め具５１２のすべての移動はこの基準場所に相対的であり得る。この配列によって、磁石の長い移動距離に対する正確な線形性の必要性が減少し得る。この配列によって、異なる真空ノズル上の異なる磁石の場の強さの変動も緩和される。
【０１５８】
代替の配列では、当業者によってすでに認識されるべきであるように、止め具５１２の移動は、止め具に接続されるモータ駆動スクリューによって達成されてもよい。止め具５１２とサーボシステムとの接続は、本体部の内側の止め具に取付けられる円筒磁石に結合して円筒磁石を捉える本体部５０６の外側のトロイダルリング磁石で達成される。止め具は、束が部品に向けて下向きに伝わらないように、非磁性である。希土類磁石が用いられる。リング磁石およびシリンダ磁石は、それらの長さおよび厚みに沿って磁化される。これらの磁石は、それらの反対極が位置合わせされて引付け合うように方向付けられる。この結合はコンプライアントであるが、磁石がトロイドの内部に捉えられると磁石を変位させるには大きな力が必要である。磁気結合は垂直方向の変位軸において本質的に堅固であるが、摩擦のない回転を可能にする。トロイダル磁石はリードスクリューによって駆動され、リードスクリューは次にギアおよび長いピニオンによって駆動される。リードスクリューの回転、およびしたがって止め具５１２の垂直方向の位置を制御するサーボまたはステッパモータを用いてもよい。
【０１５９】
３．３  動作
例示的な複数部品真空ノズルシステム５００の動作では、第１の部品がテープ３４０からピックアップされる前に止め具５１２の位置を設定する較正プロセスが行われる。止め具５１２はまず下降してセンサ５１６からの光ビームを遮断し、次に光ビームが回復するまで上昇する。止め具５１２のこの位置は、薄い部品をピックアップするのには十分な開始位置であり得るが、より厚い部品については止め具をさらに上昇させてもよい。次に、真空源の電源が入れられ、真空ノズル５０２が下降し、隣接する部品ポケット３４３同士の間のテープ３４０とほぼ接触する。次に、真空ノズルが部品ポケット３４３上に移動して部品を真空ノズルに引込む。部品のピックアップの成功はセンサ５１６によって報告される。センサ５１６の代わりに、上述の真空センサを用いてもよいことに留意すべきである。次に、次の部品のための場所を作るために、止め具５１２が部品の厚みに等しい距離だけ上昇する。次に、センサ５１６が、光ビームの遮断がないことを報告する。真空ノズルが次の部品ポケット３４３上に移動して次の部品をピックアップする。このプロセスを必要に応じて繰返して、所望の数の部品がピックアップされ得る。テープは割出されて部品を一度に１つずつ真空ノズル５０２に持っていってもよいし、または場合によっては、真空ノズル５０２がテープの露出部を横切って移動して部品を迅速にピックアップできるように、多数の部品ポケット３４３が細長いピックアップゾーン内で同時に露出されてもよい。すなわち、各送り移動によって、複数の部品（たとえば２〜７個、７個以上、１０個、１０個以上、１５〜２０個、５〜１５個、１５個以上、２０個、２０個以上）が露出されてもよい。
【０１６０】
真空ノズル５０２によって部品をピックアップできない場合、ノズルはピックアップを再び試みてもよいし、または代わりに後の部品に移ってもよい。さらに、真空ノズル５０２によってその部品を最終的にピックアップできない場合、ＣＰＵ１１０はそのような部品を追跡し、ノズルがその（「逃した」）部品の配置を試みないように適切に配置プロセスを調整してもよい。
【０１６１】
上述のように、部品をピックアップするのを助けるために止め具５１２の振動が誘発され得る。止め具は遠位ノズル開口部５０４の近くの位置まで下降し得、次に止め具５１２のわずかな垂直方向の振動が誘発され得る。部品は、止め具５１２の振動のため、中空部５０３に引込まれた後も動き続ける。しかし、別の例では、いったん部品がピックアップされると振動が停止されてもよい。そして、止め具を上昇させて部品ピックアップを確認し、次の部品のための場所を作る。振動は、部品が、たとえば面取り開口部であり得る遠位ノズル開口部５０４に入る、かつ開口部５０４を過ぎる進路を探すのに役立つ。
【０１６２】
いったん所望の数の部品が真空ノズル５０２の中空部５０３内に装填されると、配置プロセスが開始し得る。真空ノズルは第１の配置場所上に位置決めされ、下降して基板２５８とほぼ接触する。そして、止め具５１２が下降して部品をノズル開口部５０４の外部に押出し、基板上の半田ペーストに押込む（またはイジェクトする）。いったん部品が真空ノズル５０２から完全に取外されると、真空力が半田ペーストの接着力よりも小さくなるため、真空ノズル５０２が上昇しても部品は基板上に残る。止め具５１２の動作の高帯域幅のため、ピックアップヘッド２００が依然として移動している間、部品は迅速に配置され得る。ピックアップヘッドを減速させて完全に停止させるには多大な時間がかかるため、ピックアップヘッドを適度なペースでも移動させ続けると、性能が大幅に増大する。
【０１６３】
止め具位置決めシステムはさらに、上述のように、押す力および距離を細かい解像度で報告し得る。図４７を参照して、力対距離曲線の形状特性を用いて半田ペーストの有無を特定することができる。ペーストを用いずにボード上に部品を配置すると、部品は硬いボードにぶつかるまで抵抗を経験しないため、力の急激な増加が報告される。他方で、部品をペースト内に配置すると、ペーストの変位が衝撃を緩和するため、力のより緩やかな増加が報告される。半田ペーストがない場合、部品はボードに接続せず、これは欠陥アセンブリにつながる。半田ペーストの欠如の検出は、欠陥アセンブリを防止するのに重要である。止め具５１２の力対距離プロファイルは、（たとえば制御プロセッサで）分析され、予め定められた力対距離プロファイルと比較されて、半田ペーストの有無が判断され得る。
【０１６４】
また、部品が基板上のペースト内に実際に配置されたことを確認するセンサ５１６を用いてもよい。止め具５１２および部品のスタックを上昇させて、光ビームが遮断されていないことを確かめることによって部品の配置を確認してもよい。（たとえばペーストが欠けているために）基板２５８上に残る部品は、部品を保持する接着剤コーティングテープを有するダンプ領域内に部品を配置することによってパージされ得る。
【０１６５】
上述の例は実際的な好ましい特徴であると現在考えられているものに関して説明されたが、添付の請求項は、これらの例の精神および範囲内に含まれる修正および同等の配列を含むことが意図されることを理解すべきである。
【図１】
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【図２】
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【図３−１】
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【図３−２ａ】
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【図３−２ｂ】
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【図３−２ｃ】
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【図３−２ｄ】
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【図３−２ｅ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７−１】
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【図７−２ａ】
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【図７−２ｂ】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１１ａ】
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【図１１ｂ】
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【図１１ｃ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図２０Ａ】
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【図２０Ｂ】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８−１】
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【図３８−２】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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