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(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】P2024172253
(43)【公開日】2024-12-12
(54)【発明の名称】部品実装システム及び部品実装方法
(51)【国際特許分類】
H05K 13/08 20060101AFI20241205BHJP
H05K 13/04 20060101ALI20241205BHJP
G01B 11/25 20060101ALI20241205BHJP
【ＦＩ】
H05K13/08 Q
H05K13/04 C
G01B11/25 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023089838
(22)【出願日】2023-05-31
(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】110002147
【氏名又は名称】弁理士法人酒井国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】児玉 裕介
(72)【発明者】
【氏名】伊勢谷 和宏
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 飛翔
【テーマコード（参考）】
2F065
5E353
【Ｆターム（参考）】
2F065AA04
2F065AA21
2F065AA51
2F065AA53
2F065FF04
2F065HH07
2F065JJ19
2F065JJ26
2F065QQ24
2F065QQ31
5E353AA02
5E353BB05
5E353CC01
5E353CC04
5E353EE26
5E353EE53
5E353EE63
5E353HH30
5E353JJ21
5E353JJ50
5E353KK02
5E353KK11
5E353KK13
5E353KK21
5E353KK25
5E353LL04
5E353LL06
5E353MM04
5E353MM08
5E353QQ01
5E353QQ23
(57)【要約】
【課題】部品を基板に実装する実装処理において使用される生産プログラムを生成すること。
【解決手段】部品実装システムは、部品を基板に実装する実装ヘッド及び実装ヘッドのノズルに保持されている部品の３次元形状を計測する３次元計測装置を有する部品実装装置と、３次元計測装置により計測された部品の３次元形状を示す３次元データに基づいて、部品実装装置の制御に使用される生産プログラムを生成する生産プログラム生成装置と、を備える。
【選択図】図５
【解決手段】部品実装システムは、部品を基板に実装する実装ヘッド及び実装ヘッドのノズルに保持されている部品の３次元形状を計測する３次元計測装置を有する部品実装装置と、３次元計測装置により計測された部品の３次元形状を示す３次元データに基づいて、部品実装装置の制御に使用される生産プログラムを生成する生産プログラム生成装置と、を備える。
【選択図】図５
【特許請求の範囲】
【請求項1】
部品を基板に実装する実装ヘッド及び前記実装ヘッドのノズルに保持されている部品の３次元形状を計測する３次元計測装置を有する部品実装装置と、
前記３次元計測装置により計測された前記部品の３次元形状を示す３次元データに基づいて、前記部品実装装置の制御に使用される生産プログラムを生成する生産プログラム生成装置と、を備える、
部品実装システム。
前記３次元計測装置により計測された前記部品の３次元形状を示す３次元データに基づいて、前記部品実装装置の制御に使用される生産プログラムを生成する生産プログラム生成装置と、を備える、
部品実装システム。
【請求項2】
前記部品は、リードを有し、
前記３次元データは、前記リードの先端部の位置及び前記リードの長さを含む、
請求項１に記載の部品実装システム。
前記３次元データは、前記リードの先端部の位置及び前記リードの長さを含む、
請求項１に記載の部品実装システム。
【請求項3】
前記部品実装装置は、前記生産プログラムに基づいて、前記部品実装装置を制御する制御装置を有し、
前記制御装置は、前記ノズルに保持されている前記部品のリードが前記基板に形成されている貫通孔に挿入されるように、前記部品実装装置を制御する、
請求項２に記載の部品実装システム。
前記制御装置は、前記ノズルに保持されている前記部品のリードが前記基板に形成されている貫通孔に挿入されるように、前記部品実装装置を制御する、
請求項２に記載の部品実装システム。
【請求項4】
前記３次元計測装置は、
前記部品に周期が異なるパターン光を投影する投影装置と、
それぞれの前記パターン光が投影された前記部品の画像データを取得する撮像装置と、
前記部品の画像データに基づいて、前記３次元データを算出する処理装置と、を有する、
請求項１に記載の部品実装システム。
前記部品に周期が異なるパターン光を投影する投影装置と、
それぞれの前記パターン光が投影された前記部品の画像データを取得する撮像装置と、
前記部品の画像データに基づいて、前記３次元データを算出する処理装置と、を有する、
請求項１に記載の部品実装システム。
【請求項5】
実装ヘッドのノズルに保持されている部品の３次元形状を３次元計測装置で計測することと、
前記３次元計測装置により計測された前記部品の３次元形状を示す３次元データに基づいて、生産プログラムを生成することと、
前記生産プログラムを使用して、部品を基板に実装することと、を含む、
部品実装方法。
前記３次元計測装置により計測された前記部品の３次元形状を示す３次元データに基づいて、生産プログラムを生成することと、
前記生産プログラムを使用して、部品を基板に実装することと、を含む、
部品実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書で開示する技術は、部品実装システム及び部品実装方法に関する。
【背景技術】
【0002】
部品実装システムに係る技術分野において、特許文献１に開示されているような、生産プログラムに基づいて部品を基板に実装する実装処理を行う部品実装装置が知られている。特許文献１において、生産プログラムには、基板に実装する部品種の情報や各部品の実装順の情報、各部品の実装位置や実装角度の情報、各部品の形状の情報、各部品を供給する部品供給装置の情報、部品の実装に用いるヘッドの情報、部品を吸着するノズルの情報、生産する基板の枚数の情報が定められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】国際公開第２０２１／０９０４１５号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
部品種の情報や部品の形状の情報は、部品メーカーから提供される。部品メーカーから提供された情報が生産プログラムに反映される。部品メーカーから情報が提供されない場合においても、生産プログラムを生成する必要がある。
【0005】
本明細書で開示する技術は、部品を基板に実装する実装処理において使用される生産プログラムを生成することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本明細書は、部品実装システムを開示する。部品実装システムは、部品を基板に実装する実装ヘッド及び実装ヘッドのノズルに保持されている部品の３次元形状を計測する３次元計測装置を有する部品実装装置と、３次元計測装置により計測された部品の３次元形状を示す３次元データに基づいて、部品実装装置の制御に使用される生産プログラムを生成する生産プログラム生成装置と、を備える。
【発明の効果】
【0007】
本明細書で開示する技術によれば、部品を基板に実装する実装処理において使用される生産プログラムが生成される。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【発明を実施するための形態】
【0009】
［部品実装システム］
図１は、実施形態に係る部品実装システム１を示す図である。図１に示すように、部品実装システム１は、検査装置２と、部品実装装置３と、検査装置４と、管理装置５とを備える。検査装置２、部品実装装置３、及び検査装置４により、電子デバイスの生産ライン６が構築される。
図１は、実施形態に係る部品実装システム１を示す図である。図１に示すように、部品実装システム１は、検査装置２と、部品実装装置３と、検査装置４と、管理装置５とを備える。検査装置２、部品実装装置３、及び検査装置４により、電子デバイスの生産ライン６が構築される。
【0010】
生産ライン６において、部品実装装置３は、複数台設けられる。複数台の部品実装装置３は、直列に配置される。図１に示す例において、生産ライン６は、直列に配置される３台の部品実装装置３を含む。部品実装装置３は、部品実装装置３Ａと、部品実装装置３Ｂと、部品実装装置３Ｃとを含む。なお、部品実装装置３の台数は、２台でもよいし４台以上の任意の複数台でもよい。
【0011】
生産ライン６において基板Ｐが搬送される。生産ライン６において基板Ｐが搬送されることにより、電子デバイスが生産される。実施形態において、生産ライン６の先頭装置は、検査装置２である。生産ライン６の後尾装置は、検査装置４である。基板Ｐは、検査装置２に搬入された後、複数の部品実装装置３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）のそれぞれに順次搬送される。複数の部品実装装置３（３Ａ，３Ｂ，３Ｃ）は、基板Ｐに部品Ｃを順次実装する。部品実装装置３において複数の部品Ｃが実装された基板Ｐは、検査装置４から搬出される。
【0012】
基板Ｐが生産ライン６に搬入される前に、印刷機により基板Ｐにクリーム半田が印刷される。クリーム半田が印刷された基板Ｐが、検査装置２に搬入される。なお、印刷機の図示は省略する。
【0013】
検査装置２は、部品Ｃが実装される前の基板Ｐの印刷状態を検査する半田印刷検査装置（ＳＰＩ：Solder Paste Inspection）を含む。
【0014】
部品実装装置３は、クリーム半田が印刷された基板Ｐに部品Ｃを実装する。部品Ｃが実装された基板Ｐは、リフロー炉において加熱される。リフロー炉において基板Ｐが加熱されることにより、クリーム半田が溶ける。溶けたクリーム半田が冷却されることにより、部品Ｃが基板Ｐに半田付けされる。なお、リフロー炉の図示は省略する。
【0015】
検査装置４は、部品Ｃが実装された後の基板Ｐの状態を検査する基板外観検査装置（ＡＯＩ：Automated Optical Inspection）を含む。
【0016】
管理装置５は、コンピュータシステムを含む。管理装置５は、生産ライン６を制御する。
【0017】
実施形態において、部品実装装置３により複数の部品Ｃが実装された基板Ｐを適宜、実装基板Ｐｍ、と称する。電子デバイスは、実装基板Ｐｍを含む。
【0018】
基板Ｐは、プリント配線板（ＰＷＢ：Printed Wiring Board）を含む。部品Ｃは、電子部品を含む。実装基板Ｐｍは、プリント回路板（ＰＣＢ：Printed Circuit Board）を含む。
【0019】
［部品実装装置］
図２は、実施形態に係る部品実装装置３を模式的に示す図である。実施形態においては、部品実装装置３にローカル座標系であるＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面のＸ軸に平行な方向をＸ軸方向とする。所定面においてＸ軸と直交するＹ軸に平行な方向をＹ軸方向とする。所定面と直交するＺ軸に平行な方向をＺ軸方向とする。所定面を適宜、ＸＹ平面、と称する。実施形態において、ＸＹ平面と水平面とは、平行である。図２は、部品実装装置３を－Ｙ方向から見た図である。
図２は、実施形態に係る部品実装装置３を模式的に示す図である。実施形態においては、部品実装装置３にローカル座標系であるＸＹＺ直交座標系を設定し、このＸＹＺ直交座標系を参照しつつ各部の位置関係について説明する。所定面のＸ軸に平行な方向をＸ軸方向とする。所定面においてＸ軸と直交するＹ軸に平行な方向をＹ軸方向とする。所定面と直交するＺ軸に平行な方向をＺ軸方向とする。所定面を適宜、ＸＹ平面、と称する。実施形態において、ＸＹ平面と水平面とは、平行である。図２は、部品実装装置３を－Ｙ方向から見た図である。
【0020】
図２に示すように、部品実装装置３は、ノズル２１を有する実装ヘッド２２と、部品Ｃを供給する部品供給装置２３と、基板Ｐを供給する基板供給装置２４と、基板Ｐを計測する基板計測装置２７と、部品Ｃの３次元形状を計測する３次元計測装置１０と、制御装置２９とを備える。
【0021】
部品Ｃは、リードＬを有するリード部品である。基板Ｐは、リードＬが挿入される貫通孔を有する。部品実装装置３は、部品ＣのリードＬが基板Ｐに形成されている貫通孔に挿入されるように、部品Ｃを基板Ｐに実装する。
【0022】
実装ヘッド２２は、ノズル２１に保持されている部品Ｃを基板Ｐに実装する。ノズル２１は、部品Ｃを解放可能に保持する。ノズル２１は、部品Ｃを吸着して保持する吸着ノズルでもよいし、部品Ｃを挟んで保持する把持ノズルでもよい。実装ヘッド２２は、ヘッド駆動装置２５により、Ｘ軸方向及びＹ軸方向のそれぞれに移動する。ノズル２１は、実装ヘッド２２に設けられているノズル駆動装置２６により、実装ヘッド２２に対してＺ軸方向及びθＺ方向のそれぞれに移動する。ノズル２１は、ヘッド駆動装置２５及びノズル駆動装置２６により、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向、及びθＺ方向の４つの方向に移動可能である。
【0023】
部品供給装置２３は、部品Ｃを供給位置ＳＰに供給する。供給位置ＳＰとは、部品供給装置２３により部品Ｃが供給される位置をいう。部品供給装置２３は、テープを支持するテープリールと、テープリールから繰り出されたテープに保持されている部品Ｃを搬送するフィーダとを含む。なお、部品供給装置２３は、複数の部品Ｃを保持するトレイを含んでもよい。
【0024】
基板供給装置２４は、基板Ｐを処理位置ＭＰに供給する。処理位置ＭＰとは、基板供給装置２４により基板Ｐが供給される位置をいう。基板供給装置２４は、基板Ｐを処理位置ＭＰに搬送するコンベアベルトと、処理位置ＭＰに搬送された基板Ｐの位置を固定するクランプ機構とを有する。
【0025】
基板計測装置２７は、基板Ｐに形成されている貫通孔の位置を計測する。基板計測装置２７は、基板Ｐが処理位置ＭＰに配置されている状態で、基板Ｐの貫通孔の位置を計測する。
【0026】
３次元計測装置１０は、ノズル２１に保持されている部品Ｃの３次元形状を計測する。３次元計測装置１０の計測データは、部品Ｃの３次元形状を示す３次元データを含む。３次元計測装置１０は、計測位置ＴＰに配置されている部品Ｃを計測する。計測位置ＴＰとは、３次元計測装置１０により部品Ｃの３次元形状が計測される位置をいう。
【0027】
【0028】
３次元計測装置１０は、位相シフト法に基づいて、ノズル２１に保持されている部品Ｃの３次元形状を計測する。部品Ｃは、ボディＢと、ボディＢの下面から下方に突出する複数のリードＬとを有する。ノズル２１は、ボディＢを保持する。３次元計測装置１０により計測される部品Ｃの３次元形状を示す３次元データは、リードＬの３次元データを含む。実施形態において、部品Ｃの３次元データは、ＸＹ平面におけるリードＬの先端部の位置、及びリードＬの長さを示すリード長さＬＬを含む。なお、部品Ｃの３次元データは、部品ＣのＺ軸方向の全体の長さを示す部品高さＣＬを含んでもよい。
【0029】
３次元計測装置１０は、パターン光ＰＬを射出する射出装置１３と、パターン光ＰＬを反射する反射部材１６と、パターン光ＰＬが投影された部品Ｃを撮像する撮像装置１４と、撮像装置１４により撮像された部品Ｃの画像を示す画像データに基づいて、部品Ｃの３次元形状を算出する処理装置１１とを有する。実施形態において、計側位置ＴＰとは、パターン光ＰＬが照射可能な位置をいう。パターン光ＰＬは、少なくともリードＬに照射される。実施形態において、パターン光ＰＬは、第１パターン光ＰＬ１と、第２パターン光ＰＬ２とを含む。部品Ｃに入射する第１パターン光ＰＬ１の入射方向と第２パターン光ＰＬ２の入射方向とは異なる。
【0030】
射出装置１３は、光を発生する光源３１と、光源３１から発生した光を光変調してパターン光ＰＬを生成する光変調素子３２と、光変調素子３２で生成されたパターン光ＰＬを射出する射出光学系３３とを有する。
【0031】
光変調素子３２は、デジタルミラーデバイス(ＤＭＤ：Digital Mirror Device)を含む。なお、光変調素子３２は、透過型の液晶パネルを含んでもよいし、反射型の液晶パネルを含んでもよい。光変調素子３２は、処理装置１１から出力されるパターンデータに基づいて、パターン光ＰＬを生成する。射出装置１３は、パターンデータに基づいてパターン化されたパターン光ＰＬを射出する。
【0032】
反射部材１６は、射出装置１３から射出されたパターン光ＰＬを反射して部品Ｃに照射する。反射部材１６の反射面は、平面状である。
【0033】
撮像装置１４は、部品Ｃで反射したパターン光ＰＬを結像する結像光学系４１と、結像光学系４１を介して部品Ｃの画像データを取得する撮像素子４２とを有する。撮像素子４２は、ＣＭＯＳイメージセンサ（Complementary Metal Oxide Semiconductor Image Sensor）又はＣＣＤイメージセンサ（Charge Coupled Device Image Sensor）を含む固体撮像素子である。
【0034】
処理装置１１は、プロセッサ及びプロセッサが実行するコンピュータプログラムを記憶するメモリを有するコンピュータシステムを含む。処理装置１１は、射出装置１３及び撮像装置１４を制御する。
【0035】
３次元計測装置１０は、位相シフト法に基づいて、ノズル２１に保持されている状態で計測位置ＴＰに配置されている部品Ｃの３次元形状を計測する。射出装置１３は、パターン光ＰＬとして、例えば正弦波状の明度分布の縞パターン光を位相シフトさせながら部品Ｃに照射する。パターン光ＰＬは、複数の方向から部品Ｃに照射される。
【0036】
撮像装置１４は、パターン光ＰＬが投影された部品Ｃの画像データを取得する。撮像装置１４は、第１パターン光ＰＬ１が投影された部品Ｃの画像データと、第２パターン光ＰＬ２が投影された部品Ｃの画像データとを取得する。
【0037】
図３に示すように、第１パターン光ＰＬ１は、射出装置１３から射出され部品Ｃにダイレクトに照射されるパターン光ＰＬである。第２パターン光ＰＬ２は、射出装置１３から射出され反射部材１６で反射して部品Ｃに照射されるパターン光ＰＬである。
【0038】
処理装置１１は、射出装置１３からの第１パターン光ＰＬ１が部品Ｃに照射される第１照射状態と、反射部材１６からの第２パターン光ＰＬ２が部品Ｃに照射される第２照射状態との一方から他方に変化するように、光変調素子３２を制御する。
【0039】
部品Ｃに第１パターン光ＰＬ１を照射するとき、処理装置１１は、射出光学系３３の射出面３３Ｓの第１領域３３１からパターン光ＰＬが射出され、射出面３３Ｓの第２領域３３２からパターン光ＰＬが射出されないように、光変調素子３２を制御する。第１領域３３１から射出されたパターン光ＰＬは、反射部材１６を介さずに、第１パターン光ＰＬ１として部品Ｃにダイレクトに照射される。
【0040】
部品Ｃに第２パターン光ＰＬ２を照射するとき、処理装置１１は、射出光学系３３の射出面３３Ｓの第２領域３３２からパターン光ＰＬが射出され、射出面３３Ｓの第１領域３３１からパターン光ＰＬが射出されないように、光変調素子３２を制御する。第２領域３３２から射出されたパターン光ＰＬは、光軸ＡＸを通過して反射部材１６に照射される。第２領域３３２から射出されたパターン光ＰＬは、反射部材１６を介して、第２パターン光ＰＬ２として部品Ｃに照射される。
【0041】
図２及び図３に示す例において、第１領域３３１は、射出光学系３３の光軸よりも＋Ｘ側の射出面３３Ｓの半分の領域であり、第２領域３３２は、射出光学系３３の光軸よりも－Ｘ側の射出面３３Ｓの半分の領域である。第１領域３３１から射出されたパターン光ＰＬは、ノズル２１に保持されている状態で計測位置ＴＰに配置されている部品Ｃに照射される。第２領域３３２から射出されたパターン光ＰＬは、反射部材１６の反射面に照射され、反射部材１６の反射面で反射した後、ノズル２１に保持されている状態で計測位置ＴＰに配置されている部品Ｃに照射される。
【0042】
射出装置１３、撮像装置１４、及び反射部材１６のそれぞれは、ハウジング１７に支持される。射出装置１３と撮像装置１４と反射部材１６との相対位置は、ハウジング１７により固定される。撮像装置１４は、計測位置ＴＰよりも－Ｚ側に配置される。撮像装置１４の入射面４１Ｓは、計測位置ＴＰに配置される部品Ｃと対向可能である。
【0043】
反射部材１６は、入射面４１Ｓと計測位置ＴＰに配置される部品Ｃとの間の結像光学系４１の光軸ＡＸの周囲の少なくとも一部に配置される。射出装置１３は、入射面４１Ｓと計測位置ＴＰに配置される部品Ｃとの間の結像光学系４１の光軸ＡＸの周囲の少なくとも一部に配置される。反射部材１６は、射出装置１３よりも計測位置ＴＰに近い位置に配置される。
【0044】
図４に示すように、射出装置１３は、光軸ＡＸの周囲に２つ配置される。反射部材１６は、光軸ＡＸの周囲に２つ配置される。
【0045】
第１の反射部材１６は、光軸ＡＸの－Ｘ側に配置される。第１の射出装置１３は、光軸ＡＸの＋Ｘ側に配置される。第１の射出装置１３は、第１の反射部材１６に第２パターン光ＰＬ２を照射可能である。第１の反射部材１６で反射した第２パターン光ＰＬ２は、計測位置ＴＰに配置された部品Ｃに照射される。また、第１の射出装置１３は、計測位置ＴＰに配置された部品Ｃにダイレクトに第１パターン光ＰＬ１を照射可能である。
【0046】
第２の反射部材１６は、光軸ＡＸの＋Ｙ側に配置される。第２の射出装置１３は、光軸ＡＸの－Ｙ側に配置される。第２の射出装置１３は、第２の反射部材１６に第２パターン光ＰＬ２を照射可能である。第２の反射部材１６で反射した第２パターン光ＰＬ２は、計測位置ＴＰに配置された部品Ｃに照射される。また、第２の射出装置１３は、計測位置ＴＰに配置された部品Ｃにダイレクトに第１パターン光ＰＬ１を照射可能である。
【0047】
射出装置１３及び反射部材１６は、部品Ｃに周期が異なるパターン光ＰＬを投影する投影装置を構成する。第１の射出装置１３及び第２の射出装置１３と、第１の反射部材１６及び第２の反射部材１６とは、計測位置ＴＰに配置された部品Ｃに、４つの方向からパターン光ＰＬを投影可能である。撮像装置１４は、第１の射出装置１３からの第１パターン光ＰＬ１が投影された部品Ｃの画像データ、第１の反射部材１６からの第２パターン光ＰＬ２が投影された部品Ｃの画像データ、第２の射出装置１３からの第１パターン光ＰＬ１が投影された部品Ｃの画像データ、及び第２の反射部材１６からの第２パターン光ＰＬ２が投影された部品Ｃの画像データのそれぞれを取得する。
【0048】
制御装置２９は、プロセッサ及びプロセッサが実行するコンピュータプログラムを記憶するメモリを有するコンピュータシステムを含む。制御装置２９は、部品実装装置３を制御する。制御装置２９は、ヘッド駆動装置２５、ノズル駆動装置２６、基板計測装置２７、及び処理装置１１のそれぞれに接続される。制御装置２９は、部品Ｃを基板Ｐに実装する前に、３次元計測装置１０により部品Ｃの３次元形状を計測する。
【0049】
実装ヘッド２２は、部品Ｃが供給される供給位置ＳＰと、基板Ｐが供給される処理位置ＭＰと、部品Ｃが計測される計測位置ＴＰとを移動可能である。制御装置２９は、供給位置ＳＰに配置されている部品Ｃがノズル２１に保持されるように実装ヘッド２２を制御する。供給位置ＳＰにおいて部品Ｃがノズル２１に保持された後、制御装置２９は、ノズル２１に保持されている部品Ｃが計測位置ＴＰに配置されるように、ヘッド駆動装置２５及びノズル駆動装置２６を制御する。制御装置２９は、ノズル２１に保持されている部品Ｃが計測位置ＴＰに配置された後、３次元計測装置１０により部品Ｃの３次元形状を計測する。３次元計測装置１０により部品Ｃの３次元形状が計測された後、制御装置２９は、部品Ｃが処理位置ＭＰに配置されるように、ヘッド駆動装置２５及びノズル駆動装置２６を制御する。制御装置２９は、ノズル２１に保持されている部品Ｃが基板Ｐに実装されるように、実装ヘッド２２を制御する。
【0050】
［部品実装システムのコンピュータシステム］
図５は、実施形態に係る部品実装システム１を示すブロック図である。処理装置１１は、パターン生成部１１Ａと、画像データ取得部１１Ｂと、画像処理部１１Ｃと、位相値算出部１１Ｄと、３次元データ算出部１１Ｅとを有する。
図５は、実施形態に係る部品実装システム１を示すブロック図である。処理装置１１は、パターン生成部１１Ａと、画像データ取得部１１Ｂと、画像処理部１１Ｃと、位相値算出部１１Ｄと、３次元データ算出部１１Ｅとを有する。
【0051】
パターン生成部１１Ａは、パターンデータを生成する。パターン生成部１１Ａにおいて生成されたパターンデータは、光変調素子３２に出力される。光変調素子３２は、パターン生成部１１Ａにおいて生成されたパターンデータに基づいて、パターン光ＰＬを生成する。パターン生成部１１Ａにおいて生成されるパターンデータは、反射部材１６を介さずに射出装置１３からの第１パターン光ＰＬ１を部品Ｃに照射するための第１パターンデータと、反射部材１６を介して射出装置１３からの第２パターン光ＰＬ２を部品Ｃに照射するための第２パターンデータとを含む。
【0052】
図６は、実施形態に係るパターンデータを模式的に示す図である。図６（Ａ）に示すように、パターン生成部１１Ａは、部品Ｃに第１パターン光ＰＬ１を照射するとき、射出光学系３３の射出面３３Ｓの第１領域３３１からパターン光ＰＬを射出させ、射出面３３Ｓの第２領域３３２からパターン光ＰＬを射出させないように、第１パターンデータを生成し、光変調素子３２を制御する。
【0053】
図６（Ｂ）に示すように、パターン生成部１１Ａは、部品Ｃに第２パターン光ＰＬ２を照射するとき、射出光学系３３の射出面３３Ｓの第２領域３３２からパターン光ＰＬを射出させ、射出面３３Ｓの第１領域３３１からパターン光ＰＬを射出させないように、第２パターンデータを生成し、光変調素子３２を制御する。
【0054】
画像データ取得部１１Ｂは、撮像素子４２から画像データを取得する。画像データ取得部１１Ｂは、第１の射出装置１３及び第２の射出装置１３により第１パターン光ＰＬ１が投影された部品Ｃの画像データ、及び第１の反射部材１６及び第２の反射部材１６からの第２パターン光ＰＬ２が投影された部品Ｃの画像データを取得する。
【0055】
画像処理部１１Ｃは、画像データ取得部１１Ｂにより取得された画像データを画像処理する。画像処理部１１Ｃが行う画像処理として、２値化処理、クロージング処理、及び膨張処理が例示される。
【0056】
位相値算出部１１Ｄは、画像処理部１１Ｃにより画像処理された後の画像データの輝度に基づいて、画像データの複数の画素それぞれの位相値を算出する。位相値算出部１１Ｄは、位相シフトされたパターン光ＰＬのそれぞれが投影された部品ＣのリードＬの複数の画像データの同一の点の輝度に基づいて、その点に対応する画像データの画素の位相値を算出する。位相値算出部１１Ｄは、画像データの複数の点それぞれの輝度に基づいて、画像データの複数の画素それぞれの位相値を算出する。
【0057】
３次元データ算出部１１Ｅは、画像データの複数の画素それぞれの位相値に基づいて、画像データの複数の画素それぞれに対応する部品Ｃの複数の点それぞれの高さデータを算出して、部品Ｃの３次元形状を示す３次元データを算出する。部品Ｃの３次元データは、リードＬの３次元データを含む。実施形態において、３次元データ算出部１１Ｅは、ＸＹ平面におけるリードＬの先端部の位置、及びリードＬの長さを示すリード長さＬＬを算出する。なお、３次元データ算出部１１Ｅは、部品ＣのＺ軸方向の全体の長さを示す部品高さＣＬを算出してもよい。
【0058】
管理装置５は、生産プログラム生成装置７と、入力デバイス８と、ディスプレイ９とを有する。入力デバイス８は、管理者に操作されることにより入力データを生成する。入力デバイス８として、コンピュータ用キーボード又はタッチパネルが例示される。ディスプレイ９は、表示データを表示する。ディスプレイ９として、液晶ディスプレイが例示される。
【0059】
生産プログラム生成装置７は、プロセッサ及びプロセッサが実行するコンピュータプログラムを記憶するメモリを有するコンピュータシステムを含む。生産プログラム生成装置７は、生産プログラムを生成する。生産プログラムとは、生産ライン６において実装基板Ｐｍの生産に使用されるコンピュータプログラムをいう。すなわち、生産プログラムとは、部品実装装置３の制御に使用されるコンピュータプログラムをいう。
【0060】
生産プログラム生成装置７は、初期データ取得部７Ａと、３次元データ取得部７Ｂと、プログラム生成部７Ｃとを有する。
【0061】
初期データ取得部７Ａは、基板Ｐに実装される部品Ｃに係る初期データを取得する。管理者は、入力デバイス８を操作して、生産プログラム生成装置７に初期データを入力する。初期データ取得部７Ａは、入力デバイス８から入力された初期データを取得する。部品Ｃの初期データは、基板Ｐに実装される部品Ｃの種類、基板Ｐに実装される部品Ｃの数、基板Ｐに実装される部品Ｃの順序、及び基板Ｐに実装される部品Ｃの位置を含む。管理者は、規定の実装基板Ｐｍが生産されるように、例えば実装基板Ｐｍの設計データに基づいて、初期データを生産プログラム生成装置７に入力する。
【0062】
３次元データ取得部７Ｂは、基板Ｐに実装される部品Ｃの３次元形状を示す３次元データを取得する。３次元データ取得部７Ｂは、３次元計測装置１０により計測された部品Ｃの３次元データを取得する。３次元データ取得部７Ｂは、処理装置１１から部品Ｃの３次元データを取得する。部品Ｃの３次元データは、ＸＹ平面におけるリードＬの先端部の位置、及びリードＬの長さを示すリード長さＬＬを含む。なお、部品Ｃの３次元データは、部品ＣのＺ軸方向の全体の長さを示す部品高さＣＬを含んでもよい。
【0063】
プログラム生成部７Ｃは、初期データ取得部７Ａにより取得された部品Ｃの初期データと、３次元データ取得部７Ｂにより取得された部品Ｃの３次元データとに基づいて、生産プログラムを生成する。プログラム生成部７Ｃは、部品Ｃの初期データと、部品Ｃの３次元データと、規定のプログラム生成アルゴリズムとに基づいて、生産プログラムを生成する。
【0064】
制御装置２９は、生産ライン６において実装基板Ｐｍが生産されるように、生産プログラム生成装置７において生成された生産プログラムに基づいて、部品実装装置３を制御する。制御装置２９は、ノズル２１に保持されている部品ＣのリードＬが基板Ｐに形成されている貫通孔に挿入されるように、部品実装装置３を制御する。
【0065】
制御装置２９は、プログラム取得部２９Ａと、制御部２９Ｂとを有する。
【0066】
プログラム取得部２９Ａは、生産プログラム生成装置７において生成された生産プログラムを取得する。プログラム取得部２９Ａは、生産プログラムを記憶する。
【0067】
制御部２９Ｂは、生産プログラムに基づいて、部品実装装置３を制御する。
【0068】
［生産プログラム生成方法］
次に、生産プログラム生成方法について説明する。図７は、実施形態に係る生産プログラム生成方法を示すフローチャートである。
次に、生産プログラム生成方法について説明する。図７は、実施形態に係る生産プログラム生成方法を示すフローチャートである。
【0069】
ノズル２１に保持された部品Ｃが計測位置ＴＰに配置される。パターン生成部１１Ａは、第１パターンデータ及び第２パターンデータをそれぞれ生成する。処理装置１１は、第１パターンデータに基づく第１パターン光ＰＬ１及び第２パターンデータに基づく第２パターン光ＰＬ２のそれぞれを部品Ｃに照射する。画像データ取得部１１Ｂは、第１パターン光ＰＬ１及び第２パターン光ＰＬ２がそれぞれ投影された部品Ｃの画像データを複数取得する。画像データ取得部１１Ｂは、第１の射出装置１３及び第２の射出装置１３からの第１パターン光ＰＬ１が投影された部品Ｃの画像データ、及び第１の反射部材１６及び第２の反射部材１６からの第２パターン光ＰＬ２が投影された部品Ｃの画像データを、撮像装置１４の撮像素子４２から取得する（ステップＳＡ１）。
【0070】
画像処理部１１Ｃは、ステップＳＡ１において取得された画像データを２値化処理する（ステップＳＡ２）。２値化処理とは、分析対象の画像を白と黒の２色のみに変換する画像処理をいう。２値化処理により、部品Ｃの画像と背景との境界が明確になる。
【0071】
画像処理部１１Ｃは、２値化処理された後の画像データを膨張処理又はクロージング処理する（ステップＳＡ３）。膨張処理とは、２値画像の白画素領域を増加する処理をいう。注目画素の周囲に白い画素が少なくとも１つある場合、注目画素が白い画素に置換される。クロージング処理とは、２値画像を収縮する処理をいう。クロージング処理により、黒いノイズが消去される。なお、ステップＳＡ３において、膨張処理とクロージング処理との両方が行われてもよいし、膨張処理とクロージング処理とが複数回繰り返されてもよい。
【0072】
位相値算出部１１Ｄは、ステップＳＡ３において膨張処理又はクロージング処理された部品Ｃの複数の画像データの輝度に基づいて、それらの画像データの複数の画素それぞれの位相値を算出する。３次元データ算出部１１Ｅは、第１パターン光ＰＬ１が投影された部品Ｃの画像データと第２パターン光ＰＬ２が投影された部品Ｃの画像データとに基づいて、部品Ｃの３次元データを算出する。部品Ｃの３次元データは、ＸＹ平面におけるリードＬの先端部の位置、及びリードＬの長さを示すリード長さＬＬを含む。なお、部品Ｃの３次元データは、部品ＣのＺ軸方向の全体の長さを示す部品高さＣＬを含んでもよい（ステップＳＡ４）。
【0073】
具体的には、３次元データ算出部１１Ｅは、画像データの複数の画素それぞれの位相値に基づいて、リードＬの先端部の３次元形状を算出する。３次元データ算出部１１Ｅは、位相値に基づいて、三角測量の原理により、リードＬの先端部に対応する画像データの各画素の高さデータを算出する。ここで、画像データの各画素における高さデータとリードＬの先端部における各点の高さデータとは１対１で対応する。リードＬの先端部における各点の高さデータは、３次元空間におけるリードＬの先端部における各点の座標値を示す。３次元データ算出部１１Ｅは、リードＬの先端部における各点における高さデータに基づいて、リードＬの先端部における３次元形状を算出する。３次元データ算出部１１Ｅは、リードＬの先端部の３次元形状に基づいて、ＸＹ平面におけるリードＬの先端部の位置、及びリードＬの長さを示すリード長さＬＬを算出することができる。また、３次元データ算出部１１Ｅは、リードＬの先端部の３次元形状に基づいて、部品ＣのＺ軸方向の全体の長さを示す部品高さＣＬを算出することができる。
【0074】
実施形態においては、ステップＳＡ４において部品Ｃの３次元データが算出された後、画像処理部１１Ｃが、ＸＹ平面内における部品Ｃの中心の位置を算出する。リードＬは、ボディＢの下面に複数設けられる。リードＬは、ＸＹ平面内の異なる複数の位置のそれぞれに設けられる。リードＬは、ボディＢに例えば９本設けられる。ＸＹ平面における複数のリードＬの先端部のそれぞれの位置が算出されるので、画像処理部１１Ｃは、複数のリードＬの先端部のそれぞれの位置に基づいて、ＸＹ平面内における部品Ｃの中心の位置を算出することができる。
【0075】
ＸＹ平面内における部品Ｃの中心の位置が算出された後、制御部２９Ｂは、ＸＹ平面内における撮像装置１４の視野の中心と部品Ｃの中心とが一致するように、部品Ｃの位置を補正する（ステップＳＡ５）。制御部２９Ｂは、ＸＹ平面内における撮像装置１４の視野の中心と部品Ｃの中心とが一致するように、部品Ｃを保持したノズル２１を移動させる。制御部２９Ｂは、ＸＹ平面内における撮像装置１４の視野の中心と部品Ｃの中心とが一致するように、部品ＣをＸ軸方向又はＹ軸方向に移動させたり、θＺ方向に回転させたりする。
【0076】
ＸＹ平面内における撮像装置１４の視野の中心と部品Ｃの中心とが一致するように部品Ｃの位置が補正された後、部品Ｃにパターン光が照射され、部品Ｃの画像データが取得される（ステップＳＡ６）。ステップＳＡ６において行われる処理は、ステップＳＡ１において行われた処理と同様である。ステップＳＡ６の処理が行われた後、画像データが２値化処理される（ステップＳＡ７）。ステップＳＡ７において行われる処理は、ステップＳＡ２において行われた処理と同様である。ステップＳＡ７の処理が行われた後、部品Ｃの３次元データが算出される（ステップＳＡ８）。ステップＳＡ８において行われる処理は、ステップＳＡ４において行われた処理と同様である。
【0077】
以上により、ローカル座標系における位置が補正された部品Ｃの３次元データが算出される。すなわち、ＸＹ平面内における撮像装置１４の視野の中心と部品Ｃの中心とが一致した状態の部品Ｃの３次元データが算出される。
【0078】
ステップＳＡ８において算出された部品Ｃの３次元データは、生産プログラム生成装置７に送信される。プログラム生成部７Ｃは、３次元計測装置１０により計測された部品Ｃの３次元形状を示す３次元データに基づいて、生産プログラムを生成する（ステップＳＡ９）。部品Ｃの３次元データは、ＸＹ平面におけるリードＬの先端部の位置、及びリードＬの長さを示すリード長さＬＬを含む。なお、部品Ｃの３次元データは、部品ＣのＺ軸方向の全体の長さを示す部品高さＣＬを含んでもよい。
【0079】
【0080】
制御装置２９のプログラム取得部２９Ａは、生産プログラム生成装置７から生産プログラムを取得する。制御部２９Ｂは、生産プログラムを使用して、部品Ｃを基板Ｐに実装する実装処理を行う。生産プログラムは、ＸＹ平面におけるリードＬの先端部の位置、リードＬの長さを示すリード長さＬＬ、及び部品ＣのＺ軸方向の全体の長さを示す部品高さＣＬを含む。
【0081】
制御部２９Ｂは、生産プログラムに基づいて、ヘッド駆動装置２５及びノズル駆動装置２６を制御して、ノズル２１に保持されている部品ＣのリードＬの先端部を基板Ｐの上面に近接させる。
【0082】
図８に示すように、制御部２９Ｂは、部品Ｃのリード長さＬＬに基づいて、ノズル２１に保持されている部品ＣのリードＬの下端部が基板Ｐの上面に近接するように、ノズル駆動装置２６を制御して、ノズル２１を－Ｚ方向に下降させる。
【0083】
また、制御部２９Ｂは、ＸＹ平面におけるリードＬの先端部の位置と、基板計測装置２７により計測されたＸＹ平面内における基板Ｐの貫通孔の位置とに基づいて、ノズル２１に保持されている部品ＣのリードＬの下端部が基板Ｐの貫通孔に挿入されるように、ヘッド駆動装置２５及びノズル駆動装置２６を制御して、ノズル２１をＸ軸方向又はＹ軸方向に移動させたり、ノズル２１をθＺ方向に回転させたりする。
【0084】
図９に示すように、ＸＹ平面におけるリードＬの先端部の位置と基板Ｐの貫通孔の位置とが一致した状態で、ノズル２１が－Ｚ方向に下降することにより、ノズル２１に保持されている部品ＣのリードＬが基板Ｐに形成されている貫通孔に挿入される。
【0085】
［コンピュータシステム］
図１０は、実施形態に係るコンピュータシステム１０００を示すブロック図である。上述の生産プログラム生成装置７、制御装置２９、及び処理装置１１のそれぞれは、コンピュータシステム１０００を含む。コンピュータシステム１０００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサ１００１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含むメインメモリ１００２と、ストレージ１００３と、入出力回路を含むインターフェース１００４とを有する。生産プログラム生成装置７、制御装置２９、及び処理装置１１のそれぞれの機能は、コンピュータプログラムとしてストレージ１００３に記憶されている。プロセッサ１００１は、コンピュータプログラムをストレージ１００３から読み出してメインメモリ１００２に展開し、コンピュータプログラムに従って上述の処理を実行する。なお、コンピュータプログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステム１０００に配信されてもよい。
図１０は、実施形態に係るコンピュータシステム１０００を示すブロック図である。上述の生産プログラム生成装置７、制御装置２９、及び処理装置１１のそれぞれは、コンピュータシステム１０００を含む。コンピュータシステム１０００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）のようなプロセッサ１００１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）のような不揮発性メモリ及びＲＡＭ（Random Access Memory）のような揮発性メモリを含むメインメモリ１００２と、ストレージ１００３と、入出力回路を含むインターフェース１００４とを有する。生産プログラム生成装置７、制御装置２９、及び処理装置１１のそれぞれの機能は、コンピュータプログラムとしてストレージ１００３に記憶されている。プロセッサ１００１は、コンピュータプログラムをストレージ１００３から読み出してメインメモリ１００２に展開し、コンピュータプログラムに従って上述の処理を実行する。なお、コンピュータプログラムは、ネットワークを介してコンピュータシステム１０００に配信されてもよい。
【0086】
コンピュータプログラムは、上述の実施形態に従って、コンピュータシステム１０００に、実装ヘッド２２のノズル２１に保持されている部品Ｃの３次元形状を３次元計測装置１０で計測することと、３次元計測装置１０により計測された部品Ｃの３次元形状を示す３次元データに基づいて、生産プログラムを生成することと、生産プログラムを使用して、部品Ｃを基板Ｐに実装することと、を実行させることができる。
【0087】
［効果］
以上説明したように、実施形態において、部品実装システム１は、部品Ｃを基板Ｐに実装する実装ヘッド２２及び実装ヘッド２２のノズル２１に保持されている部品Ｃの３次元形状を計測する３次元計測装置１０を有する部品実装装置３と、３次元計測装置１０により計測された部品Ｃの３次元形状を示す３次元データに基づいて、部品実装装置３の制御に使用される生産プログラムを生成する生産プログラム生成装置７と、を備える。
以上説明したように、実施形態において、部品実装システム１は、部品Ｃを基板Ｐに実装する実装ヘッド２２及び実装ヘッド２２のノズル２１に保持されている部品Ｃの３次元形状を計測する３次元計測装置１０を有する部品実装装置３と、３次元計測装置１０により計測された部品Ｃの３次元形状を示す３次元データに基づいて、部品実装装置３の制御に使用される生産プログラムを生成する生産プログラム生成装置７と、を備える。
【0088】
実施形態によれば、部品実装装置３に設けられている３次元計測装置１０により、部品Ｃの形状及び寸法に係る３次元データが部品データとして計測される。これにより、部品Ｃの形状及び寸法に係る部品データが部品メーカーから提供されなくても、生産プログラム生成装置７は、３次元計測装置１０により計測された部品Ｃの３次元データ（部品データ）に基づいて、生産プログラムを適正に生成することができる。
【符号の説明】
【0089】
１…部品実装システム、２…検査装置、３…部品実装装置、３Ａ…部品実装装置、３Ｂ…部品実装装置、３Ｃ…部品実装装置、４…検査装置、５…管理装置、６…生産ライン、７…生産プログラム生成装置、７Ａ…初期データ取得部、７Ｂ…３次元データ取得部、７Ｃ…プログラム生成部、８…入力デバイス、９…ディスプレイ、１０…３次元計測装置、１１…処理装置、１１Ａ…パターン生成部、１１Ｂ…画像データ取得部、１１Ｃ…画像処理部、１１Ｄ…位相値算出部、１１Ｅ…３次元データ算出部、１３…射出装置、１４…撮像装置、１６…反射部材、１７…ハウジング、２１…ノズル、２２…実装ヘッド、２３…部品供給装置、２４…基板供給装置、２５…ヘッド駆動装置、２６…ノズル駆動装置、２７…基板計測装置、２９…制御装置、２９Ａ…プログラム取得部、２９Ｂ…制御部、３１…光源、３２…光変調素子、３３…射出光学系、３３Ｓ…射出面、４１…結像光学系、４１Ｓ…入射面、４２…撮像素子、３３１…第１領域、３３２…第２領域、１０００…コンピュータシステム、１００１…プロセッサ、１００２…メインメモリ、１００３…ストレージ、１００４…インターフェース、Ｂ…ボディ、Ｃ…部品、Ｌ…リード、ＭＰ…処理位置、Ｐ…基板、ＰＬ…パターン光、ＰＬ１…第１パターン光、ＰＬ２…第２パターン光、Ｐｍ…実装基板、ＳＰ…供給位置、ＴＰ…計測位置。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】