(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024132045
(43)【公開日】2024-09-30
(54)【発明の名称】マウントデータ作成方法
(51)【国際特許分類】
H05K 13/04 20060101AFI20240920BHJP
G06T 7/70 20170101ALI20240920BHJP
【FI】
H05K13/04 Z
G06T7/70 A
【審査請求】未請求
【請求項の数】7
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023042676
(22)【出願日】2023-03-17
(71)【出願人】
【識別番号】000003399
【氏名又は名称】JUKI株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100090033
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 博司
(74)【代理人】
【識別番号】100093045
【弁理士】
【氏名又は名称】荒船 良男
(72)【発明者】
【氏名】千賀 大輔
【テーマコード(参考)】
5E353
5L096
【Fターム(参考)】
5E353CC04
5E353CC08
5E353EE01
5E353EE13
5E353EE86
5E353JJ07
5E353MM10
5E353QQ11
5E353QQ12
5L096AA02
5L096AA06
5L096AA09
5L096BA05
5L096CA17
5L096FA32
5L096FA66
5L096FA67
5L096FA69
5L096GA32
5L096GA40
5L096GA41
(57)【要約】
【課題】曲面状に形成されたプリント基板のパッド位置を良好に検出する。
【解決手段】プリント基板1の実装面1Aの三次元の点群データを各点の色情報と共に取得する点群データ取得工程M1と、色情報に基づいて、点群データの各点の中からパッドPに相当する点を選別する選別工程M2と、選別工程M2により、パッドPに相当する点として選別された複数の点を個々のパッドごとにまとめ、それぞれのパッドPに相当する平面を求めるパッド平面取得工程M3と、プリント基板1に対して実装される複数の部品Dの配置を示すプリント基板の設計データと照合して、それぞれのパッドPに相当する平面が実装される複数の部品Dのいずれに対応するかを特定する対応特定工程M4と、部品Dと対応付けられたパッドPに相当する平面から、当該部品Dをプリント基板1に実装するための配置情報を取得する配置情報取得工程M5とを有する。
【選択図】
図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
プリント基板の実装面の三次元の点群データを各点の色情報と共に取得する点群データ取得工程と、
前記色情報に基づいて、前記点群データの各点の中からパッドに相当する点を選別する選別工程と、
前記選別工程により、パッドに相当する点として選別された複数の点を個々のパッドごとにまとめ、それぞれのパッドに相当する平面を求めるパッド平面取得工程と、
を有することを特徴とするマウントデータ作成方法。
【請求項2】
前記プリント基板に対して実装される複数の部品の配置を示すプリント基板の設計データと照合して、それぞれの前記パッドに相当する平面が実装される複数の前記部品のいずれに対応するかを特定する対応特定工程と、
前記部品と対応付けられた前記パッドに相当する平面から、当該部品を前記プリント基板に実装するための配置情報を取得する配置情報取得工程と、
を有することを特徴とする請求項1に記載のマウントデータ作成方法。
【請求項3】
前記配置情報は、前記部品の前記プリント基板上の目標位置及び傾きを特定する情報である
ことを特徴とする請求項2に記載のマウントデータ作成方法。
【請求項4】
前記色情報は、前記各点の色相であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のマウントデータ作成方法。
【請求項5】
前記色情報は、前記各点の明度であることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載のマウントデータ作成方法。
【請求項6】
コンピュータを、
プリント基板の実装面の三次元の点群データを各点の色情報と共に取得する点群データ取得手段、
前記色情報に基づいて、前記点群データの各点の中からパッドに相当する点を選別する選別手段、
前記選別手段により、パッドに相当する点として選別された複数の点を個々のパッドごとにまとめ、それぞれのパッドに相当する平面を求めるパッド平面取得手段、
として機能させるためのプログラム。
【請求項7】
前記コンピュータを、さらに、
前記プリント基板に対して実装される複数の部品の配置を示すプリント基板の設計データと照合して、それぞれの前記パッドに相当する平面が実装される複数の前記部品のいずれに対応するかを特定する対応特定手段、
前記部品と対応付けられた前記パッドに相当する平面から、当該部品を前記プリント基板に実装するための配置情報を取得する配置情報取得手段、
として機能させるための請求項6に記載のプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、マウントデータ作成方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の部品実装装置は、プリント基板のパッドに半田を塗布する場合やプリント基板に部品の実装を行う場合に、二次元平面上に部品を搭載するパッドの位置が示されたプリント基板の設計データが利用されていた(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
近年は、二次元平面上に部品を搭載するパッドの位置を示すパターンが曲面状に形成されたプリント基板に半田を塗布したり、部品を実装したりする要請がある。
その場合、プリント基板の部品実装面の曲面を表す関数が既知であれば、設計データが示す二次元平面上のパッドの位置を曲面からなる部品実装面に展開してその位置を求めることが可能である。
しかしながら、曲面状に形成されたプリント基板を複数製造した場合に、個々のプリント基板で製造誤差が生じる可能性があり、各プリント基板のパッドの位置に個体差を生じ、半田の塗布や部品実装が困難となるという懸念があった。
【0005】
本発明は、曲面状に形成されたプリント基板のパッド位置を良好に検出することをその目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明は、マウントデータ作成方法において、
プリント基板の実装面の三次元の点群データを各点の色情報と共に取得する点群データ取得工程と、
前記色情報に基づいて、前記点群データの各点の中からパッドに相当する点を選別する選別工程と、
前記選別工程により、パッドに相当する点として選別された複数の点を個々のパッドごとにまとめ、それぞれのパッドに相当する平面を求めるパッド平面取得工程と、
を有することを特徴とする。
【0007】
また、上記課題を解決するために、本発明は、プログラムにおいて、
コンピュータを、
プリント基板の実装面の三次元の点群データを各点の色情報と共に取得する点群データ取得手段、
前記色情報に基づいて、前記点群データの各点の中からパッドに相当する点を選別する選別手段、
前記選別手段により、パッドに相当する点として選別された複数の点を個々のパッドごとにまとめ、それぞれのパッドに相当する平面を求めるパッド平面取得手段、
として機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【0008】
本発明は、曲面状に形成されたプリント基板のパッド位置を良好に検出することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】部品の実装面が曲面で形成されたプリント基板の斜視図である。
【
図2】プリント基板の設計データに定められた、実装される複数の部品の配置を示す説明図である。
【
図3】プリント基板のマウントデータ作成方法を示す工程図である。
【
図4】実装面の点群データを分割してグループ化する概念の説明図である。
【
図5】パッドに相当する点を基準面上に展開して部品配置と重ねて対応を判別する概念の説明図である。
【
図6】パッドに相当する平面から部品の目標位置及び傾きを取得する概念の説明図である。
【
図7】部品実装システムの構成を示すブロックである。
【
図8】部品実装装置のCPUが実行する部品の実装動作制御のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【0010】
[実施形態の概略]
以下、本発明の実施形態であるマウントデータ作成方法について詳細に説明する。
本実施形態のマウントデータ作成方法は、部品の実装面が曲面で形成されたプリント基板に対して、複数の部品を実装するための位置決めに必要となる配置情報を含むマウントデータの作成方法である。
【0011】
図1は部品の実装面が曲面で形成されたプリント基板1の斜視図である。
プリント基板1は、もともとは矩形平板状のプリント基板に対して、一方の面が凹状の曲面となるように湾曲加工が施されたプリント基板である。そして、プリント基板1の凹状の面が複数の部品が実装される実装面1Aとなっている。このため、プリント基板1の実装面1Aは、いわゆる可展面といわれる曲面からなる。
なお、プリント基板1は、凹状の曲面を実装面とする場合に限定されず、反対側の面である凸状の曲面を実装面としてもよい。
また、実装面1Aは、一つの曲面で構成される場合に限らず、複数の曲面の複合体であってもよい。
【0012】
プリント基板1は、マウントデータを作成するにあたって、各部の位置座標を示す直交座標系からなる基板座標系とその原点位置が使用される。プリント基板1の基板座標系における原点の位置及びX軸、Y軸、Z軸の方向は、予め決められており、これらは全て既知であるものとする。原点は、基板1の実装面1A上でなくともよい。
そして、プリント基板1は、上記原点の位置及びX軸、Y軸、Z軸の方向を外部から認識できるように、これらを検出するための基準マークが付された治具にプリント基板1が保持された状態で、マウントデータの作成及び部品の実装作業が行われる。
なお、この治具は、プリント基板1の姿勢が安定するように保持する機能も有している。例えば、プリント基板1を保持した治具を水平面上に置くと、基板座標系のX軸とY軸とが水平となり、Z軸が鉛直方向となるように設計されている。
また、上記プリント基板1の基板座標系の原点及びX軸とY軸を含む平面を基準面と定義する。例えば、プリント基板1に対する実装面1Aの三次元計測は、基準面を水平にした状態(基準姿勢)で行われる。
【0013】
図2はプリント基板1の設計データに定められた、実装される複数の部品Dの配置を示す説明図である。プリント基板1の設計データは、プリント基板1の実装面1Aが平面であると仮定して、平面の実装面1Aに対する各部品Dの位置及び向きを特定する情報及びパッドの配置を示す情報が含まれている。この情報は、各部品Dの配置を定めたCAD(computer-aided design)データを含むものでもよい。
従って、実装面1Aが曲面になるように湾曲加工されたプリント基板1に対して、設計データをそのままの状態で部品Dの実装作業に利用することはできない。
【0014】
なお、プリント基板1は、その製造時において、湾曲加工される前の平板の状態で、設計データに定められた各部品Dのパッドの位置に従って当該パッドの形成が行われている。そして、パッド形成後に、実装面1Aが
図1に示す曲面状となるようにプリント基板1に湾曲加工が施されている。
【0015】
[マウントデータ作成方法]
図3はプリント基板1のマウントデータ作成方法を示す工程図である。
プリント基板1は、加工精度等の要因により、製造される個々のプリント基板1ごとに実装面の曲面に個体差が生じる。このため、プリント基板1の設計データから、事前に、実装面に対する各部品の目標位置や向きを正確に取得することは困難である。また、一つのプリント基板1の各部品の目標位置や向きを取得しても、他のプリント基板1に使い回すことは難しい。
従って、個々のプリント基板1ごとに、部品を実装するためのマウントデータの作成を行うことが望ましい。
【0016】
なお、ここでいうマウントデータとは、プリント基板1の実装面1Aに付されたパッドの位置、範囲を取得可能な情報又は実装される部品の目標位置(部品の中心の位置)、傾き(部品に対する法線の方向)及び向き(部品の法線回りの向き)を取得可能な情報を含むデータをいうものとする。
【0017】
プリント基板1のマウントデータの作成は、点群データ取得工程M1、選別工程M2、パッド平面取得工程M3、対応特定工程M4、配置情報取得工程M5を含む複数の工程によって行われる。
以下に説明する各工程は、原則として、マウントデータの作成を行う制御装置や処理装置のコンピュータやCPUが行う。但し、各工程中の一部の作業については、マウントデータの作成者が行ってもよい。
【0018】
[点群データ取得工程]
点群データ取得工程M1は、プリント基板1の実装面1Aの三次元の点群データを各点の色情報と共に取得する工程である。
【0019】
プリント基板1の実装面の三次元の点群データは、プリント基板1の実装面1Aに対する三次元計測によって取得することができる。点群データは、プリント基板1の実装面1Aを埋め尽くす無数の点の三次元の位置座標データを含む。
なお、取得する点群は、密度が高い程、データの精度が高くなるが、方法を実施する処理速度が長くなるので、これらを考慮して点群の密度を調整すべきである。
【0020】
三次元計測の手法については、例えば、光レーダー法の時間差計測法又は位相差計測法、位相シフト法、光投影法、ステレオカメラ法、単眼カメラ法等、三次元計測について周知のいずれの手法を利用してもよい。
【0021】
さらに、プリント基板1の実装面の全点の色情報として、各点における色相又は明度の検出も行われる。
各点における色相を検出する場合には、例示した上記各種の手法において、RGB値を検出可能なカメラ、その他の光検出素子を利用することが好ましい。
また、各点における明度については、カメラその他の光検出素子が検出する単色光の輝度値から取得することができる。
なお、例示した上記各種の手法の中で、特定の光強度又は位相の光や特定のパターン光の照射を必須とする手法を利用する場合には、三次元の計測に要する光照射とタイミングをずらして、所定の白色光を照射してカメラその他の光検出素子からRGB値や単色光の輝度値を取得すればよい。
【0022】
これらにより、プリント基板1の実装面1Aを構成する全点における三次元座標とRGB値又は単色光の輝度値とを含む三次元の点群データが取得される。
【0023】
[選別工程]
選別工程M2では、色相又は明度からなる色情報に基づいて、点群データの各点の中からパッドに相当する点を選別する。
【0024】
プリント基板1の実装面1Aには、実装される全部品Dの接続端子となるパッドが形成されている。パッドは、実装面1Aの表面上で薄層化された良導体の金属で形成されている。このため、実装面1Aにおける各パッドは、周囲とは異なる金属色を発する。また、実装面1Aにおける各パッドは、金属の持つ高い反射率によって、撮像時に周囲に比べて高い輝度値で検出される。
【0025】
このため、選別工程M2において、プリント基板1の実装面1Aを構成する全点の中から、金属色に相当するRGB値を示す点をパッドの点群であるものとして選別することができる。
或いは、プリント基板1の実装面を構成する全点の中から、金属の反射を示す一定以上の輝度値となる点をパッドの点群であるものとして選別することができる。
【0026】
[パッド平面取得工程]
パッド平面取得工程M3では、選別工程M2により、パッドに相当する点として選別された全ての点を個々のパッドごとにまとめ、それぞれのパッドに相当する平面を求める。
【0027】
プリント基板1の実装面1Aにおいて、個々のパッドは、分離して配置されている。このため、パッドに相当する点として選別された全ての点について、一定の距離内で密集する点同士でまとめることで、一つ一つのパッドに対応する点群に分類することができる。
【0028】
さらに、一つのパッドに対応する点群の各点の位置座標に基づいて、最小二乗法による平面フィットを行うことにより、各点からの二乗距離の合計が最小となる近似平面の関数を算出する。これにより、全パッドについて、個々のパッドとみなされる近似平面(パッドに相当する平面)の位置、向きを特定することができる。さらに、一つのパッドに対応する点群の各点について近似平面に対する正射影を求めることで、パッドの大きさ又は範囲を特定することができる。
【0029】
[対応特定工程]
対応特定工程M4では、プリント基板の設計データと照合して、パッドに相当する平面が実装される複数の部品Dのいずれに対応するかを特定する。
この工程M4では、まず、プリント基板1の実装面1A全体を示す点群データと前述したプリント基板1の設計データとの照合が行われる。
【0030】
この場合、例えば、
図4に示すように、プリント基板1の実装面1Aの三次元の点群データを所定の範囲で分割して個々にグループ化する。例えば、三次元の点群データは、Z軸方向視で正方に分割してもよい。
さらに、分割された点群の各グループGごとに、最小二乗法による平面フィットを行うことにより、各点からの二乗距離の合計が最小となる近似平面の関数を算出する。
【0031】
さらに、全てのグループGの近似平面を、共通する同一平面(例えば、プリント基板1の基準面S)上に並べて、互いにつなぎ合わせる位置に移動させる変換行列を各グループGの近似平面ごとに算出する。
そして、各グループGに含まれる、選別工程M2で選別されたパッドに相当する点を全て、各々に対応するグループGの変換行列によって変換して、基準面上に落とし込む。この場合、厳密には、パッドに相当する点の中には、基準面上に乗らないものもあるが、その場合には、変換後の点をさらに正射影により基準面S上に落とし込んでもよい。
【0032】
これにより、基準面S上に全てのパッドに相当する点が展開される。そして、
図5に示すように、基準面S上に展開された点(以下、展開点とする)の全てを、設計データに基づいて基準面S上に配置された部品の外形と重ね合わせる。これにより、各部品の外形の内側となった展開点を選別する。
さらに、各部品の外形の範囲内となった各展開点について、いずれの部品の外形の範囲内となったかを特定する。
例えば、
図5の場合、共通するパッドP1に相当する点p1~p5が基準面S上で展開点ps1~ps5となり、その内の展開点ps3~ps5が部品D1の外形の範囲内となったことが特定される。
【0033】
そして、各部品の外形の範囲内となった展開点の展開前の点(変換行列によって変換される前の点)が、各パッドに相当する平面のいずれに属する点であるかを特定する。
これにより、所定の部品の外形の範囲内となった展開点の展開前の点が特定のパッドに相当する平面に属する点である場合には、当該パッドは、所定の部品を実装するためのパッドであることが判別される。
例えば、
図5の場合、部品D1の外形の範囲内となった展開点ps3~ps5の展開前の点p3~p5は、パッドP1に属する点であるため、パッドP1は、部品D1を実装するパッドであることが判別される。
上記の処理により、パッド平面取得工程M3で求められた全てのパッドPに相当する平面について、実装される部品Dを特定することができる。
【0034】
[配置情報取得工程]
配置情報取得工程M5では、部品Dと対応付けられたパッドPに相当する平面から、当該部品Dをプリント基板1に実装するための配置情報を取得する。
図6に示すように、一つの部品Dに対して、複数のパッドPに相当する平面が対応するので、当該各平面の中心位置座標を平均化して部品Dの中心位置座標を算出する。
さらに、各パッドPに相当する平面に対する法線の全ての方向ベクトルbを平均化することで部品Dの向きを示す方向ベクトルBを算出する。
また、部品Dの外形が長方形状等の方向性を有する形状である場合には、対応する複数のパッドPに相当する平面の並び方向から部品Dの向きを求めることができる。
これによって、全ての部品Dについて、プリント基板1の湾曲した実装面1Aに対する部品を実装すべき中心点の位置、部品の傾き、部品の方向(部品の長手方向が部品の法線を中心とするいずれの方向を向いているか)等を取得することができ、プリント基板1のマウントデータが作成される。
【0035】
[部品実装システム]
上記マウントデータ作成方法を実施してプリント基板1に対する部品の実装作業を行う部品実装システム10について説明する。
図7は部品実装システム10の構成を示すブロックである。
図示のように、部品実装システム10は、三次元計測装置20と情報処理装置30と部品実装装置40とを有する。
【0036】
[三次元計測装置]
三次元計測装置20は、前述した点群データ取得工程M1において、プリント基板1の実装面1Aの三次元の点群データを各点の色情報と共に測定する。
三次元計測装置20は、前述した光レーダー法の時間差計測法又は位相差計測法、位相シフト法、光投影法、ステレオカメラ法、単眼カメラ法等の三次元計測の周知の手法で計測を行い、プリント基板1の実装面1Aの三次元の点群データを取得可能ないずれの構成を使用してもよい。
また、三次元計測装置20は、実装面1Aの各点における色情報を取得するためのRGB値を検出可能なカメラと白色光源とを少なくとも有している。
三次元計測装置20は、三次元計測により取得した、プリント基板1の実装面1Aの各点の色情報を含む三次元の点群データを情報処理装置30に出力する。
【0037】
なお、三次元計測装置20は、部品実装装置40内のプリント基板1の搬送経路のいずれかに配置してもよい。
【0038】
また、プリント基板1は、前述したように、治具に保持された状態で計測が行われる。
プリント基板1は、治具に設けられた複数の基準マークと共に実装面1Aの三次元計測が行われるので、当該プリント基板1の実装面1Aの点群データと共に、基板座標系の原点、X軸、Y軸、Z軸の方向、基準面Sを取得することができる。
【0039】
[情報処理装置]
情報処理装置30は、プリント基板1のマウントデータの作成と管理を行うコンピュータである。情報処理装置30は、CPU31と記憶部32とを有する。情報処理装置30は、CPU31と記憶部32のほか、図示しないRAM,ROM,I/O等を有し、これら以外に、FPGAやASICなどを含んで構成されてもよい。
記憶部32は、各種の処理プログラムと各種データを記憶する不揮発性メモリやHDDである。
【0040】
また、情報処理装置30は、表示装置33と入力装置34とを有する構成としてもよい。
表示装置33は、各種情報を表示する液晶画面である。入力装置34は、作業者が各種情報や指令を入力するキーボード及びマウス等を含む。
【0041】
情報処理装置30のCPU31は、記憶部32内の作成プログラム321を実行することにより、プリント基板1のマウントデータ322の作成を行う。
【0042】
作成プログラム321は、コンピュータとしてのCPU31を、点群データ取得手段311、選別手段312、パッド平面取得手段313、対応特定手段314、配置情報取得手段315として機能させるためのプログラムである。なお、
図7に示す上記各手段311~315は、CPU31が作成プログラムを実行することで実現する機能的構成である。
【0043】
点群データ取得手段311は、前述した点群データ取得工程を実行する。即ち、点群データ取得手段311は、三次元計測装置20を通じて、プリント基板1の実装面1Aの三次元の点群データを各点の色情報と共に取得する。
【0044】
選別手段312は、前述した選別工程を実行する。即ち、選別手段312は、点群データ取得手段311が取得した色情報に基づいて、点群データの各点の中からパッドPに相当する点を選別する。
【0045】
パッド平面取得手段313は、前述したパッド平面取得工程を実行する。即ち、パッド平面取得手段313は、選別手段312により、パッドPに相当する点として選別された複数の点を個々のパッドPごとにまとめ、それぞれのパッドPに相当する平面を求める。
【0046】
対応特定手段314は、前述した対応特定工程を実行する。即ち、対応特定手段314は、プリント基板1に対して実装される複数の部品Dの配置を示すプリント基板1の設計データと照合して、それぞれのパッドPに相当する平面が実装される複数の部品Dのいずれに対応するかを特定する。
【0047】
配置情報取得手段315は、前述した配置情報取得工程を実行する。即ち、配置情報取得手段315は、部品Dと対応付けられたパッドPに相当する平面から、当該部品Dをプリント基板1に実装するための配置情報を取得する
【0048】
このように、情報処理装置30は、CPU31が、既に説明した
図3のマウントデータ作成方法を実行することにより、プリント基板1のマウントデータ322を作成することができる。
CPU31は、作成したプリント基板1のマウントデータ322を記憶部32に格納すると共に部品実装装置40に送信する。
【0049】
[部品実装装置]
部品実装装置40は、前述したマウントデータ322を利用して、プリント基板1の実装面1Aに部品Dの実装(配置)を行う。
部品実装装置40は、部品供給部41、搬入部42、搬出部43、姿勢調整部44、ヘッド45、ヘッド移動部46、カメラ47、制御部48を有する。
【0050】
部品供給部41は、ヘッド45に部品Dを供給する。この部品供給部41は、部品Dが保持されたテープを装着したフィーダや部品Dが配列載置されたトレイなどを定位置に保持している。
【0051】
搬入部42は、治具に保持されたプリント基板1を装置内部に搬入するコンベア装置である。搬入部42は、下流側に配置された姿勢調整部44への受け渡し位置まで治具に保持されたプリント基板1を搬送する。
【0052】
搬出部43は、姿勢調整部44において部品Dが実装されたプリント基板1を治具と共に装置外へ搬出するコンベア装置である。
【0053】
姿勢調整部44は、治具に保持されたプリント基板1を、上下前後左右の任意の位置に位置決めし、前後左右の二軸回りに任意に傾けることができ、上下軸回りに任意に旋回させることができる。
なお、ここでいう「前」とは、搬入部42及び搬出部43による搬送方向下流側であり、「後」はその逆側である。また、「左」と「右」は、それぞれ前を向いた状態で左手側と右手側とを示す。前後と左右はいずれも水平面上で互いに直交する方向である。「上」は鉛直上方、「下」は鉛直下方を示す。
【0054】
姿勢調整部44は、六自由度以上の多関節ロボットを適用してもよい。その場合、多関節ロボットは、先端部に把持ツールを備え、前述した治具を把持してプリント基板1の位置、傾き、向きを任意に調整する。
なお、姿勢調整部44として多関節ロボットを利用する場合には、当該多関節ロボットの駆動源となる複数のサーボモータを駆動させる制御装置が併設され、当該制御装置を通じて多関節ロボットの動作制御が行われる。
【0055】
ヘッド45は、部品Dを吸着する昇降可能なノズルを備え、部品供給部41から姿勢調整部44に把持されたプリント基板1に部品Dを搬送する。
ノズルは、電磁弁により吸気源との接続と切断とを切り替え可能である。また、ヘッド45には、ノズルを昇降させるモータとその動作量を検出するエンコーダが搭載され、ノズルを任意の高さに調節することができる。さらに、ヘッド45には、ノズルを旋回させるモータとその動作量を検出するエンコーダが搭載され、ノズルを任意の角度で旋回させることができる。
ヘッド45は、ヘッド移動部46によって前後方向と左右方向とに任意に移動位置決め可能である。ヘッド45は、ヘッド移動部46とノズルの昇降動作との協働によって、部品供給部41のピックアップ位置から部品を取り上げ、プリント基板1の実装面1Aにおける目標位置に位置決めして部品を配置することができる。
【0056】
ヘッド移動部46は、姿勢調整部44の上側に配置されている。ヘッド移動部46は、前後方向に沿ったガイドレール及びスライダと左右方向に沿ったガイドレール及びスライダとを組み合わせた構成により、ヘッド45の前後方向移動と左右方向移動とを実現している。
ヘッド移動部46は、ヘッド45を前後移動させるモータとその動作量を検出するエンコーダ及びヘッド45を左右移動させるモータとその動作量を検出するエンコーダが搭載され、ヘッド45を前後左右の任意の位置に移動させることができる。
【0057】
カメラ47は、ヘッド45に搭載され、ノズルに吸着された部品を撮像して部品の向き及び位置の検出に利用される。
【0058】
制御部48は、CPU481と記憶部482と有し、これらのほか、図示しないRAM,ROM,I/O等を有する。また、これら以外に、FPGAやASICなどを備える構成としてもよい。
記憶部482は、プリント基板1に対する部品の実装を行うための動作制御プログラムと各種設定データや情報処理装置30から取得したマウントデータ322、プリント基板1の設計データ等を記憶する不揮発性メモリやHDDである。
【0059】
制御部48のCPU481は、動作制御プログラムに従って部品実装装置40の各構成を制御し、マウントデータ322に基づくプリント基板1に対する部品の実装動作制御を実行する。
図8はCPU481が実行する部品の実装動作制御のフローチャートを示す。このフローチャートに基づいてCPU481が実行する部品の実装動作制御について説明する。
【0060】
CPU481は、搬入部42により治具に保持されたプリント基板1を装置内部に搬入し、姿勢調整部44に渡す(ステップS1)。
これに前後して、CPU481は、記憶部482内のプリント基板1のマウントデータ322の読み込みを実行する(ステップS3)。
【0061】
CPU481は、設計データ又はマウントデータ322に定められた順番に従って、ヘッド移動部46の制御により、部品供給部41の部品受け取り位置にヘッド45を搬送し、ノズルを下降させて部品Dの取り上げを行う(ステップS5)。
【0062】
この時、CPU481は、カメラ47によりノズルの先端部を撮像し、部品Dが適正に取り上げられているかを確認する。仮に、部品が適正に取り上げられていない場合であって、リトライ可能な状況であれば、CPU481は、部品Dの取り上げをリトライさせる。リトライ不能な状況であれば、部品供給部41を制御して新たな部品Dを供給させる。そして、再度の部品Dの取り上げを実行する。
【0063】
一方、CPU481は、マウントデータ322からプリント基板1の実装面1Aにおける部品Dの実装の目標位置、傾き、向きを読み込む。そして、部品Dの実装の目標位置の傾きが鉛直上下方向を向くようにプリント基板1を傾動させる(ステップS7)。この時、部品Dの実装の目標位置が傾動動作で位置変動を生じないように、当該位置変動をキャンセルする方向にプリント基板1の水平方向の移動も同時に実行する。
【0064】
そして、CPU481は、ヘッド移動部46の制御により、プリント基板1の実装面1Aにおける実装の目標位置にヘッド45を搬送する(ステップS9)。また、CPU481は、ヘッド45の搬送直前、搬送中、搬送直後のいずれかのタイミングで、カメラ47によりノズルの先端部を撮像し、部品Dの向き、ノズル先端部に対する相対的な位置を検出する。ノズル先端部に対する部品Dのズレがある場合には、実装の目標位置にヘッド45を位置決めする際に、ズレの分の補正を行う。
【0065】
そして、CPU481は、マウントデータ322から得られた部品Dの目標となる向きと撮像によって検出されたノズル先端における部品Dの向きとからノズルを所定の角度で旋回させて、部品Dの向きを整える。
さらに、ノズルを下降させて、実装の目標位置に対して鉛直上方から部品Dを実装面1A上に実装する(ステップS11)。
【0066】
次いで、CPU481は、マウントデータ322から予定された全ての部品Dの実装が完了したか判定する(ステップS13)。
全ての部品Dの実装が完了していない場合には、ステップS5に処理を戻して、次の部品Dの取り上げから実装までを繰り返す。
【0067】
また、全ての部品Dの実装が完了した場合には、搬出部43により治具に保持されたプリント基板1を装置外部に搬出し(ステップS15)、部品の実装動作制御を終了する。
【0068】
[発明の実施形態の技術的効果]
上記のように、マウントデータ作成方法では、プリント基板1の実装面1Aの三次元の点群データから、色情報に基づいて、パッドPに相当する点を選別し、そこからパッドPに相当する平面を求めている。
さらに、プリント基板1の設計データと照合して、それぞれのパッドPに相当する平面と部品Dとの対応を特定し、パッドPに相当する平面から、当該部品Dをプリント基板1に実装するための配置情報を取得している。
このため、実装面1Aが曲面からなるプリント基板1であっても、色情報を含む三次元の点群データを取得すれば、曲面の実装面1A上に部品Dを実装するための配置情報を得ることができる。
従って、個体差が生じたプリント基板1であっても、パッドPに相当する平面の情報や適正な部品実装を実現するマウントデータを取得することが可能となる。
【0069】
また、三次元の点群データに含まれる色情報を各点の色相とした場合には、実装面1Aの三次元計測において、RGB値を検出可能なカメラ、その他の光検出素子を利用すれば、容易に、パッドPに相当する平面やマウントデータを取得することが可能となる。
【0070】
また、三次元の点群データに含まれる色情報を各点の明度とした場合には、実装面1Aの三次元計測において、輝度値を検出可能なカメラ、その他の光検出素子を利用すれば、容易に、パッドPに相当する平面やマウントデータを取得することが可能となる。
【0071】
また、マウントデータに含まれる配置情報は、部品のプリント基板上の目標位置及び傾きを特定する情報であることから、曲面からなる実装面1Aに対する部品の実装の自動化に必要な情報を適正に取得することが可能となる。
【0072】
さらに、情報処理装置30のCPU31を点群データ取得手段311、選別手段312、パッド平面取得手段313、対応特定手段314、配置情報取得手段315として機能させるための作成プログラム321により、マウントデータを容易かつ迅速に取得することが可能となり、実装面1Aが曲面からなるプリント基板1に対する部品の実装の自動化を容易に実現することが可能となる。
【0073】
[その他]
以上、本発明の各実施形態について説明した。しかし、本発明は上記の実施形態に限られるものではない。
上記発明の実施の形態で示した細部は、発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
【0074】
例えば、マウントデータ作成方法における対応特定工程M4は、工程の処理の全てをコンピュータやCPUが行う前提で説明したが、これに限定されず、工程の一部の処理については作業者が行う構成としてもよい。
例えば、パッド平面取得工程M3によって取得された全てのパッドPに相当する平面について、実装される各部品Dのいずれに対応するかを特定する場合に、これらの対応を作業者が手入力してもよい。
例えば、対応特定工程M4を情報処理装置30が実行する場合に、パッドPに相当する平面を実装面1A上に全て配置した状態を斜視又は平面視で表示装置33に表示する。これに対して作業者は、例えば、入力装置34のマウス等の入力インターフェイスを使用して、パッドPに相当する平面の一つを選択し、部品名或いは部品を特定する情報(部品ID等)をキーボード等の入力インターフェイスで入力することで、対応関係を設定入力してもよい。
また、パッドPに相当する平面を全て配置した実装面1Aと共に、実装される部品のリストを表示し、マウス等の入力インターフェイスでパッドに相当する平面とリストの部品とを選択することで対応関係を設定入力してもよい。
これにより、コンピュータやCPUの処理負担を低減することが可能となる。
【0075】
また、上記部品実装装置40のヘッド45に替えて、半田などの導電性ペーストをパッドに塗布するノズルを有する塗布ヘッドを備える構成としてもよい。その場合、塗布ヘッドは、ノズルを昇降可能とするが、ノズルの旋回機能は不要である。
また、その場合、部品実装システム10は、部品実装を行うシステムではなく、部品実装のためのパッドに対する導電性ペースト塗布を行うシステムとなる。
この場合、情報処理装置30のCPU31が実行する作成プログラム321は、CPU31を、点群データ取得手段311、選別手段312、パッド平面取得手段313として機能させるためのプログラムであればよく、対応特定手段314、配置情報取得手段315として機能させるものでなくともよい。
そして、点群データ取得手段311、選別手段312、パッド平面取得手段313までの機能によって、曲面からなる実装面1Aの全てのパッドPに相当する平面を取得したマウントデータを作成することができる。このため、マウントデータを利用して、全てのパッドPに相当する平面についての位置及び傾き、さらにはその範囲又は大きさを求めることができる。
【0076】
マウントデータを利用して、全てのパッドPに相当する平面についての位置及び傾き、さらにはその範囲又は大きさを求める処理は、情報処理装置30のCPU31が行ってもよい。その場合、全てのパッドPに相当する平面についての位置及び傾き、さらにはその範囲又は大きさを含めてマウントデータとしてもよい。
【0077】
また、マウントデータを利用して、全てのパッドPに相当する平面についての位置及び傾き、さらにはその範囲又は大きさを求める処理は、部品実装装置40のCPU481が行ってもよい。その場合、当該処理は、個々のパッドPに相当する平面に導電性ペーストの塗布動作を行いつつ並行して行ってもよい。また、塗布動作を開始する前に全てのパッドPに相当する平面について行ってもよい。
【0078】
部品実装装置40が、プリント基板1の実装面1Aにおける各パッドPに相当する平面に導電性ペーストの塗布動作を行う場合には、パッドPに相当する平面についての位置に基づいて塗布ヘッドを搬送し、パッドPに相当する平面の傾きに基づいて姿勢調整部44によって、平面の法線が鉛直方向となるようにプリント基板1の傾動動作を行う。また、これに伴うパッドPに相当する平面の位置補正も行う。
そして、塗布ヘッドのノズルを下降させて導電性ペーストの塗布を行う。
これにより、プリント基板1の実装面1Aの全てのパッドPに相当する平面に対して導電性ペーストの塗布を行うことが可能である。
【0079】
また、上記部品実装装置40は、ヘッド45と塗布ヘッドとを両方備える構成としてもよい。その場合、ヘッド45と塗布ヘッドのそれぞれについて個別にヘッド移動部46を有する構成としてもよい。また、ヘッド45と塗布ヘッドとを一体化して、部品吸着のノズルと塗布を行うノズルとをそれぞれ搭載する構成としてもよい。
これらの構成の場合、全てのパッドPに相当する平面に対して、先に導電性ペーストの塗布を済ませてから部品の実装を行ってもよい。また、一つの部品Dに対応する複数のパッドPに相当する平面に対する導電性ペーストの塗布と一つの部品Dの実装とを繰り替えしてもよい。
【0080】
また、部品実装装置40のヘッド45と共に塗布ヘッドを備える構成とした場合には、部品実装システム10にプリント基板1のリフロー装置を加えてもよい。リフロー装置は、導電性ペースト上に全ての部品Dが配置されたプリント基板1を加熱するリフロー処理を行う装置である。
【0081】
また、部品実装装置40の姿勢調整部44は、多関節ロボットに限定されず、プリント基板1の傾斜角度を任意に変更可能に保持する機構であればよい。
【0082】
また、部品実装装置40は、プリント基板1を傾動させる姿勢調整部44を備える構成としたが、ヘッド45又はノズルを任意に傾動させる構成してもよい。
【符号の説明】
【0083】
1 プリント基板
1A 実装面
10 部品実装システム
20 三次元計測装置
30 情報処理装置
31 CPU
32 記憶部
33 表示装置
34 入力装置
40 部品実装装置
41 部品供給部
42 搬入部
43 搬出部
44 姿勢調整部
45 ヘッド
46 ヘッド移動部
47 カメラ
48 制御部
311 点群データ取得手段
312 選別手段
313 パッド平面取得手段
314 対応特定手段
315 配置情報取得手段
321 作成プログラム
322 マウントデータ
481 CPU
482 記憶部
B 方向ベクトル
D,D1 部品
G グループ
M1 点群データ取得工程
M2 選別工程
M3 パッド平面取得工程
M4 対応特定工程
M5 配置情報取得工程
P,P1 パッド
S 基準面
b,B 方向ベクトル
p1~p5 パッドに相当する点
ps1~ps5 展開点