JP2001060800A

JP2001060800A - 電子部品実装方法及び装置

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Publication number: JP2001060800A
Application number: JP11236439A
Authority: JP
Inventors: Mitsumasa Okabayashi; 光正岡林; Sumio Goto; 純夫後藤; Masaru Saito; 勝斉藤
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 1999-08-24
Filing date: 1999-08-24
Publication date: 2001-03-06
Anticipated expiration: 2019-08-24
Also published as: JP4315536B2

Abstract

(57)【要約】【課題】３次元形状の検査に必要な時間を短縮でき、
実装タクトタイムを短くすることが可能な電子部品実装
方法及び装置を提供する。【解決手段】ＬＥＤ照明光源３１により電子部品３０
を照明し、ＣＣＤカメラ２６で撮像して位置決めのため
の２次元データを取得する。電子部品の吸着角度を補正
したあと、レーザダイオード２１を点灯してラインジェ
ネレータレンズ２５により電子部品の端子部にライン光
２５ａを投光する。リニアモータ２８により投光ユニッ
ト２７を移動させて電子部品をライン光で走査する。こ
のライン光の投光像をＣＣＤカメラで撮像し、ライン光
による光切断線から端子の高さデータを取得し、端子部
の平坦度を検査する。平坦度が適正であれば、位置決め
データに基づいて電子部品を基板上に搭載する。この構
成では、平坦度検査が高速にかつ確実にできるので、実
装タクトタイムを顕著に短縮することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸着された電子部
品を撮像しその撮像データから電子部品を位置決めして
基板上に実装する電子部品実装方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、電子部品実装装置において
は、部品供給部から供給される電子部品を吸着ヘッド部
の吸着ノズルで吸着し、ヘッド部をプリント基板上に移
動して電子部品を基板上の所定位置に実装している。そ
の場合、電子部品が必ずしも正しい姿勢で吸着されるわ
けではないので、撮像装置で電子部品を撮像し、その画
像を処理して部品の位置決めデータを得ている。また、
狭リードピッチ、狭リード幅のＱＦＰ、コネクタのよう
な電子部品を実装する際には、プリント基板に装着する
前に部品のリード浮きがないかどうかを検査するのが一
般的である。

【０００３】図１は、このような従来の電子部品実装装
置の実装工程を示している。従来の電子部品実装装置で
は、図１に示すような一連の処理を経て、狭リードピッ
チの電子部品を実装している。すなわち、図１（Ａ）に
示すように、トレー３に格納されている電子部品２が実
装装置のヘッド部７により吸着されてピックアップさ
れ、図１（Ｂ）に示すように、吸着された電子部品２の
画像が位置決め用カメラ１で撮像され、画像処理装置６
を用いて位置決め情報を取得している。また、図１
（Ｃ）に示すように、図１（Ｂ）の工程で得られた位置
決め情報を用いて、電子部品２を透過式のリード浮きセ
ンサ４でリード浮き検査をするか、または、リード浮き
検査用カメラ１’でリードの先端部または先端部の影を
撮像して画像処理装置６でリード浮き検査をし、この検
査の結果で異常が発見されなければ、図１（Ｂ）の工程
で得られた位置決め情報に基づいてプリント基板５及び
実装される電子部品２の補正計算が行われ、図１（Ｄ）
に示したように、電子部品２がプリント基板５の所定の
位置に実装されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ような従来の電子部品実装装置では、図１に示す工程に
従って行われる一連の処理を経て部品実装すると、図１
（Ｂ）に示す工程での位置決め用カメラ１と、図１
（Ｃ）に示す工程でのリード浮きセンサ４あるいはリー
ド浮き検査用カメラ１’とは、物理的に離れて設置され
ており、図１（Ｂ）に示す工程で得られた位置決め情報
を用いて図１（Ｃ）に示す工程で部品の機械的な位置決
めをする必要があることから各々の工程での処理は並列
化できず、必然的にシリアル処理になり、各々の工程に
対して実装部品の移動、停止、上下動などの動作を必要
とする。そのため、結果的に、実装部品の移動、停止、
上下動などの動作時間も含めて、図１（Ｂ）および
（Ｃ）に示す工程の処理時間が、そのまま全体の実装時
間に影響することになり、それらの動作時間により全体
の実装時間が増大してしまうという問題点を有してい
た。

【０００５】そのため、図１（Ｃ）に示す工程のよう
に、透過式のリード浮きセンサ４でリード浮きの検査を
する際には、センサ部をリードが走査するように、部品
を吸着している大きなヘッド部を一定速度で移動させな
ければならないことに加えて、物理的な実装部品の４辺
個別の走査が必要となり、このための処理時間は通常１
〜３秒程度となっている。従って、この処理時間はこの
ような部品の実装時間を長くさせる要因となる。これは
特に、ＱＦＰやコネクタを数多く実装する場合には大き
なデメリットとなる。一方、リード浮き検査用カメラ
１’を用いてリード浮き検査をする場合にも、４辺個別
撮像が必要となり、上記と同様に、リード浮き検査に長
時間を必要とし、やはり実装タクトタイムの問題が発生
する。また前記従来の方法ではＢＧＡ，ＣＳＰといった
ボールグリッド端子の平坦度（高さ）を測定することが
できないという大きな問題点があった。

【０００６】本発明は、上記問題点を鑑みてなされたも
ので、リード浮き検査、ボール形状端子の平坦度検査な
ど３次元形状の検査に必要な時間を短縮でき、実装タク
トタイムを短くすることが可能な電子部品実装方法及び
装置を提供することをその課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、いずれも吸着
された電子部品を撮像しその撮像データから電子部品を
位置決めして基板上に実装する電子部品実装方法及び装
置に関するもので、電子部品を撮像して位置決め用の２
次元データを取得すること、２次元データに基づき基準
角度に対する電子部品の吸着角度ずれを補正すること、
角度補正された電子部品を撮像して該電子部品の高さデ
ータを取得し、前記２次元データと前記高さデータから
該電子部品の検査のための３次元データを取得すること
を特徴としている。

【０００８】また、本発明は、投光と撮像のフォーカス
点に平面を配置したときに撮像されるライン光による光
切断線の画素位置または前記画素位置から所定距離シフ
トしたシフト画素位置を仮想基準線とすること、前記仮
想基準線から電子部品の端子映像迄の画素数に基づき端
子部の高さを求め該電子部品の検査を行うことも特徴と
している。

【０００９】更に、本発明は、吸着された電子部品の端
子部にレーザライン光を投光すること、前記電子部品の
端子表面状態に応じてレーザライン光を制御すること、
レーザライン光による光切断線から端子部の高さを求め
て該電子部品の検査を行うことも特徴としている。

【００１０】また、本発明は、電子部品の位置決め用２
次元データを得るための撮像手段と、電子部品の端子部
にライン光を順次間隔をずらして投光する手段とを備
え、ライン光で照射された電子部品を撮像して該電子部
品の検査のための３次元データを取得することも特徴と
している。

【００１１】更に、本発明は、撮像手段の撮像視野より
大きな寸法の電子部品に対しては、電子部品の吸着中心
を撮像視野の中の角部に配して電子部品を９０度づつ回
転させて４回撮像することにより、あるいは電子部品の
吸着中心を撮像視野の中の角部に配して電子部品を１８
０度回転させて２回撮像することにより、あるいは電子
部品の吸着中心を撮像視野の中の辺部に配して電子部品
を１８０度回転させて２回撮像することにより２次元デ
ータを取得することも特徴としている。

【００１２】更に、本発明は、電子部品の位置決め用２
次元データを得るための撮像手段と、２次元データに基
づき基準角度に対する電子部品の吸着角度ずれを補正す
る手段と、角度補正された電子部品の端子部をレーザ光
で走査する手段とを備え、レーザ光で走査された電子部
品を撮像して該電子部品の高さデータを取得し、前記２
次元データと前記高さデータから該電子部品の検査のた
めの３次元データを得ることも特徴としている。

【００１３】いずれの発明も、リード浮き検査などに加
えて、ＢＧＡ，ＣＳＰのようなボール形状端子を有する
電子部品の平坦度検査が高速にかつ確実にできるので、
電子部品の３次元形状検査が必要な部品を実装する際の
実装タクトタイムを顕著に短縮することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施の形態に基
づき本発明を詳細に説明する。

【００１５】図２には、電子部品実装装置１１の外観が
図示されており、本装置で実装される電子部品１２は、
部品供給部としてのトレー供給部１４からトレー１３に
自動的に供給され、吸着ヘッド部１７の吸着ノズル１７
ａにより吸着される。ヘッド部１７は、ＸＹロボットの
一部を構成するＸ軸側のロボット１５（以下、Ｘ軸ロボ
ットと略記する）によりｘ軸方向に移動され、また、Ｘ
Ｙロボットの一部を構成するＹ軸側のロボット１６ａ、
１６ｂ（以下、Ｙ軸ロボットと略記する）によりｙ軸方
向に移動される。ヘッド部１７は、電子部品を吸着した
後撮像部１８に移動し、そこで電子部品が撮像され、位
置決めのための２次元データ並びに部品形状検査のため
の３次元データが取得される。なお、１９は電子部品１
２が実装されるプリント基板である。

【００１６】図３は、撮像部１８の詳細な構成を示すも
ので、電子部品の３次元画像データを取得する場合、レ
ーザダイオード２１が点灯され、このレーザダイオード
からの光はコリメートレンズ２２で集光されて平行光と
なり、フォーカスレンズ２３はこの平行光をスポット光
となるように絞り込む。フォーカスレンズ２３からの光
は、投光ミラー２４により垂直軸とほぼ４５度の角度を
なすように曲げられ、この曲げられた光路のすぐ後に配
置されたラインジェネレータレンズ２５は、入射光を、
幅３０μｍ、長さ４０ｍｍのライン光２５ａにしてヘッ
ド部１７の吸着ノズル１７ａに吸着された電子部品３０
の端子部３０ａに投光し、端子部に光切断線を形成す
る。フォーカスレンズ２３、投光ミラー２４、ラインジ
ェネレータレンズ２５は投光ユニット２７を構成し、こ
の投光ユニット２７はリニアモータ（アクチュエータ）
２８により２重矢印線で示したように往復動され、それ
により電子部品の端子部はライン光により走査される。

【００１７】電子部品３０の下方にはＣＣＤカメラ２６
が配置され、ライン光２５ａで照明された電子部品３０
からの拡散反射光が、このＣＣＤカメラ２６に入り、電
子部品が撮像される。この撮像から、後述するように、
端子部３０ａの浮き、電子部品の底面の平坦度などを測
定するための３次元データが取得される。

【００１８】また、電子部品３０は、２次元画像データ
を取得する場合、ＬＥＤ照明光源３１が点灯され、この
光源により３０°〜４５°の角度で周囲から照明され
る。ＬＥＤ照明光源３１により照明された電子部品の画
像は、同様にＣＣＤカメラ２６で撮像され、吸着中心と
部品中心間のずれ、基準角度に対する吸着角度のずれな
どの位置決めデータを得るための２次元データが取得さ
れる。

【００１９】図４は電子部品実装置の制御系の構成を表
すブロック図であり、本装置はＬＡＮボード４０を通じ
て部品実装制御部４１と通信を行う。レーザコントロー
ルボード４２はＬＥＤ照明光源３１の点灯消灯の制御を
行い、またレーザドライバ４３を介してレーザダイオー
ド２１のパルス点灯制御を行い、更にモータドライバ４
４を介してリニアモータ２８の制御を行う。これらの制
御はリニアモータ２８に取付けられた位置エンコーダ４
５からの信号をエンコーダアンプ４６を介してレーザコ
ントロールボード４２に取り込むことによって行われ
る。ＣＣＤカメラ２６で撮像された画像は画像キャプチ
ャーボード４７で取込まれ、ＰＣＩバス４９を介してＰ
Ｃマザーボード４８のメモリに送られる。このＰＣＩバ
ス４９は、その他ＬＡＮボード４０、レーザコントロー
ルボード４２間を結合する。

【００２０】図５はレーザコントロールボード４２の詳
細ブロック図である。位置カウンタ５１は位置エンコー
ダアンプ４６よりのＡ相、Ｂ相、Ｚ相信号が入力され
て、アップダウンカウントを行い、リニアモータ２８の
位置情報が、比較器５３、ＣＣＤトリガデコーダ５４に
出力される。ＣＣＤトリガデコーダ５４は位置カウンタ
５１からのリニアモータ２８の位置情報により、ＣＣＤ
カメラ２６の画像取込み位置に来たら画像取込み信号を
発生し、ワンショット５５はその信号を受けて一定のパ
ルス巾の信号を出力する。同期タイミング発生器５６
は、ワンショット５５のパルスを受けて、内部で発生す
る水平同期信号ＨＤに立ち上がり立ち下がりタイミング
を合せた垂直同期信号ＶＤを発生する。このＨＤ、ＶＤ
信号はＣＣＤカメラ２６に入力されて、レーザ走査に合
せた画像取込みが行われる。これはリスタート・リセッ
トモードというＶＤ信号に同期してＣＣＤのリセット、
画像読み出しを行うモードである。

【００２１】比較器５３には位置カウンタ５１からリニ
アモータ２８の位置情報とＣＰＵ５２よりのレーザダイ
オード２１のＯＮ位置信号が入力される。この二つの入
力が一致したらワンショット５７をトリガし、レーザダ
イオードＯＮパルスが出力され、レーザドライバ４３の
基板に伝えられ、レーザダイオード２１がパルス点灯す
る。同時に比較器５３の出力は、一致Ｆ／Ｆ５８をセッ
トし、その出力がＣＰＵ５２に伝えられ、レーザダイオ
ードＯＮ位置をすでに通過したことがＣＰＵ５２に伝え
られる。一致Ｆ／Ｆ５８のリセットは、ＣＰＵ５２によ
り比較器５３にレーザダイオードＯＮ位置出力と同時に
行われる。

【００２２】これにより一つの画面内に複数のレーザラ
イン光を引く場合は、まず第１のレーザダイオードＯＮ
位置を比較器５３に入力し、同時に一致Ｆ／Ｆ５８をリ
セットし、レーザダイオードＯＮ位置でレーザダイオー
ド２１をパルス点灯し、一致Ｆ／Ｆ５８出力がＨに変わ
ったら、ＣＰＵ５２から第２のレーザダイオードＯＮ位
置を出力し、同時に一致Ｆ／Ｆ５８をリセットする。そ
して、第２のレーザダイオードＯＮ位置でレーザダイオ
ード２１をパルス点灯し、一致Ｆ／Ｆ５８出力がＨに変
わったら、ＣＰＵ５２から第３のレーザダイオードＯＮ
位置を出力し、同時に一致Ｆ／Ｆ５８をリセットする。
これらの処理を一画面内のレーザライン光の本数分だけ
繰り返す。

【００２３】Ｄ／Ａ変換器５９はＣＰＵ５２からのレー
ザパワーレベル信号（デジタル）をアナログ信号に変換
し、レーザドライバ４３の基板に伝える。それにより電
子部品の種類によりレーザパワーの調整が可能である。
ＣＰＵ５２からリニアモータドライバ４４の基板へは起
動／停止、正転／逆転、リセット、Ｄ／Ａ変換器６１を
介してのスピード指令信号がそれぞれ出力され、レーザ
ライン光走査を行う。また、ＰＣＩバスインターフェー
ス６０を介して、ＰＣマザーボード４８より、走査回
数、レーザダイオードＯＮ位置、レーザダイオードパワ
ーレベル等のコマンドが受信され、逆にＣＰＵ５２から
はレーザライン走査終了、各種のエラーメッセージ等の
信号がＰＣマザーボード４８に伝えられる。

【００２４】以下、このように構成された電子部品実装
装置の動作を図６の流れに沿って説明する。

【００２５】まず、ステップＳ１において、部品実装制
御部４１から電子部品に関する情報、例えば電子部品の
種類（ＢＧＡかＱＦＰなのか）、端子のピッチと配列等
の情報をＬＡＮボード４０、ＰＣＩバス４９を介して受
信する。電子部品３０は、図７（Ａ）に示すように、ト
レー１３からヘッド部１７の吸着ノズル１７ａによりピ
ップアップ（吸着）され、図７（Ｂ）に示したように、
撮像部１８の上に電子部品３０が位置するようにヘッド
部１７がＸ軸ロボット１５及びＹ軸ロボット１６ａ、１
６ｂにより移動される。そこで、ステップＳ２でＬＥＤ
照明光源３１が点灯され、それにより電子部品３０の底
面部３０ｂが照明され、その画像がＣＣＤカメラ２６に
より撮像され、画像キャプチャーボード４７を介してＰ
Ｃマザーボード４８の画像メモリ４８ａに取り込まれ
（ステップＳ３）、続いて、ＬＥＤ照明光源３１が消灯
される（ステップＳ４）。

【００２６】電子部品がＢＧＡの場合、画像メモリ４８
ａに取りこまれた２次元の画像が図８（Ａ）に図示され
ており、その画像が画像処理装置４８ｂで画像処理さ
れ、電子部品３０のボールグリッド端子３０ａの有無、
ボールグリッド端子３０ａの配列の重心と吸着ノズル中
心とのずれ、ボールグリッド端子３０ａの配列の傾きを
算出し、位置決めデータが算出される（ステップＳ
５）。また、電子部品がＱＦＰなどのようにリード端子
３０ａ’を有する電子部品３０’の場合にも（図８
（Ｄ））、同様な処理が行われる。

【００２７】なお、端子配列計算の処理には、種々の方
法（アルゴリズム）があり、ここでは代表的なものを説
明すると次の通りである。まず、ＱＦＰなどの四角形の
電子部品３０’の１つの辺のリードの傾きを粗く検出
し、次いで、検出されたリードの中から任意に選択され
た２つのリードの位置を大まかに検出し、最後に、大ま
かに検出されたリード位置を基にリード位置を精度良く
検出する。このようにして、ＱＦＰのような四角形の電
子部品３０’の１つの辺のリードの位置が検出されれ
ば、このリード位置を基に、他の辺のリードについて
は、リード位置を精度良く検出すればよい。

【００２８】続いて、ステップＳ６で端子の有無、リー
ドピッチが適正か否かを判断し、適正でなければステッ
プＳ７で端子配置エラーを出力し、一方、適正であれ
ば、ステップＳ８で端子配列の重心位置、端子配列の傾
き（角度）等電子部品検査結果を部品実装制御部４１へ
送信する。部品実装制御部４１は、電子部品３０、３
０’を吸着している吸着ノズル１７ａを回転させて端子
配列がＸＹ方向に向くように角度補正を行い、ステップ
Ｓ９で電子部品３０、３０’の角度補正完了を受信す
る。このように角度補正された状態が図８（Ｂ）、
（Ｅ）に図示されている。

【００２９】次に、電子部品３０、３０’の３次元形状
検査が行われる。端子配列計算処理により端子位置は既
知であるからステップＳ１０で必要な端子位置にレーザ
光を走査パルス点灯させてライン光走査画像取込みを行
う。このライン光による走査は以下のようにして行われ
る。

【００３０】レーザダイオード２１からの光は、図３に
示したように、コリメートレンズ２２によって平行光線
となり、フォーカスレンズ２３に投光され、フォーカス
レンズ２３により電子部品３０で小さなスポット径が結
像されるが、ラインジェネレータレンズ２５の作用によ
り、一方向に引き伸ばされてライン光２５ａとなる。本
実施形態では幅３０μｍ、長さ４０ｍｍのライン光（紙
面に垂直に伸びている）となるように構成されている。
リニアモータ２８により、投光ユニット２７は、コリメ
ートレンズ２２によって形成された平行光線に向かって
前後直線運動をする。このように、平行光線に向かって
前後直線運動を行っても、フォーカスレンズ２３の結像
作用には影響を及ぼさないから、電子部品３０には常に
一定の幅のライン光２５ａが結像される。

【００３１】ＣＣＤカメラ２６の視野は３６ｍｍ×３６
ｍｍで、ノンインターレースであり、またリニアモータ
２８のストロークは４５ｍｍである。図３において、投
光ユニット２７を右端から左に、一定速度７００ｍｍ／
ｓｅｃで移動させる。ＣＣＤカメラ２６の視野内の所定
の個所に投光できる位置にきた時に、レーザダイオード
２１を５０μｓｅｃ間点灯する。このように所定のピッ
チでフレーム内に複数のライン光を引き光切断線を端子
部に形成して撮像する。

【００３２】図８（Ｃ）は、角度補正された電子部品３
０にライン光２５ａを投光している状態であり、この場
合、ライン光２５ａは端子配列に対して一つおきに投光
され、一回の撮像で複数の端子配列に複数のライン光が
投光される。この撮像画像の一部を取出すと図９のよう
になる。２本の明るい端子配列部分３０ａ間に少し明る
い端子配列部分３０ｄが観察できる。投光した光の拡散
反射による影響である。ソフト処理は投光したボール端
子配列の部分のみを切出して処理するので前記二本のラ
イン光の中間部分は処理されず影響を及ぼさない。

【００３３】つぎに未投光の端子配列に対しても前記と
同様にライン光を走査して撮像し、２つの画像からボー
ル端子の高さデータを得ることができる。より精度をあ
げる必要があれば、前後に投光位置をずらせた画像を撮
像してソフト処理する。例えば前記のように投光位置を
前後にずらせた３つの画像から、一つのボール端子に対
し３つの高さデータが得られるから、もっとも高さの高
いデータを採用することができる。

【００３４】リード端子を有する電子部品３０’に対す
るライン光の投光状態は図８（Ｆ）に図示されており、
前後のリード端子に対してはリードの先端付近にライン
光を投光する。左右のリード端子に対してはリード端子
の伸びる方向と平行なライン光をリード端子の中心に投
光する。ボールグリッド端子に投光する場合と同一理由
によりリード端子並びに対して一つおきにライン光を投
光する。

【００３５】このようにライン光で走査された電子部品
の３次元画像が画像メモリ４８ａに取り込まれ（ステッ
プＳ１０）、ステップＳ１１で画像処理装置４８ｂによ
り端子高さ計算処理が行われる。この場合、メモリ画像
に対して、２値化処理、フィルタ処理を行う。本来、電
子部品の底面が平面であればラインが引かれる位置は既
知であるから、これに相当する画素からの距離を計算し
て高さとする処理を行う。

【００３６】この高さの計算を行ない、電子部品の端子
平坦度を検出する場合、端子高さのばらつきが判ればよ
いので、絶対高さは必要としない。例えば、ＢＧＡの電
子部品のパッケージ底面からＢＧＡのボール頂点迄の高
さ、ＱＦＰの電子部品のパッケージ底面からリード端子
最下面迄の高さのようなデータを必要としない。ＣＣＤ
カメラのフォーカス位置と、レーザライン光のフォーカ
ス位置は一致しており、この位置に平面を置き、リニア
モータのエンコーダのｎ番目パルスの位置で点灯する
と、視野の中心にラインが引かれるように校正しておけ
ばよい。そしてＢＧＡのボール端子の頂点やリード端子
の下面を前記平面の位置において仮想基準線を用いて高
さ測定を行うようにする。

【００３７】図１０（Ａ）には、ＢＧＡの電子部品３０
のボール端子３０ａの映像と仮想基準線の関係が図示さ
れている。ＢＧＡの代わりに前記平面を置き、ボール配
列の位置（リニアモータのエンコーダのｍ番目パルスの
位置）にライン光を点灯したとき引かれる線７４が仮想
基準線であり、７５がそのライン光を点灯したときに得
られるボール端子３０ａの映像である。高さ計算上ボー
ル端子映像７５の位置に対して仮想基準線７４が近すぎ
る場合は、仮想基準線をシフトさせ、そのシフトされた
仮想線７４’を基準線にして計算を行う。すなわち、仮
想基準線７４’からボール端子映像７５迄の画素数を持
って高さを計算する。

【００３８】図１０（Ｂ）は、ＱＦＰのようなリード端
子３０ａ’を持つ電子部品３０の例を示すもので、７４
は同様に仮想基準線であり、また７４’はシフトされた
仮想基準線で、このシフトされた仮想基準線７４’から
リード端子最下面迄の画素数をもって高さデータを得る
ようにする。

【００３９】続いて、このようにして得られた高さデー
タをもとにステップＳ１２では、最小二乗平面の計算を
行う。これは多重線形回帰により平面近似式ａ＋ｂｘ＋
ｃｙ＝ｚを求める。下記の式から平面式を求めることが
できる。

【００４０】

【数１】上記より求めた最小二乗平面から各端子の距離を計算
し、ステップＳ１３で端子平坦度検査を行い、各端子の
高さが適正か否か判断する。適正でなければ、ステップ
Ｓ１４において端子高さエラーを出力する。一方、適正
と判断された場合は、ステップＳ５で得られた位置決め
情報に従って、図７（Ｃ）に図示したように、電子部品
３０がプリント基板１９の上の所定の位置に装着され
る。

【００４１】また、ステップＳ３でＣＣＤカメラの撮像
視野より大きな寸法の電子部品である場合には、一回の
撮像では、２次元データが得られないので、電子部品の
吸着中心を撮像視野の中の角部に配して電子部品を９０
度づつ回転させて４回撮像することにより、あるいは電
子部品の吸着中心を撮像視野の中の角部に配して電子部
品を１８０度回転させて２回撮像することにより、ある
いは電子部品の吸着中心を撮像視野の中の辺部に配して
電子部品を１８０度回転させて２回撮像することにより
２次元データを取得する。これが図１１に図示されてい
る。

【００４２】図１１（Ａ）に示すように、電子部品３０
が大きなＢＧＡ等の場合は、電子部品３０の回転中心３
０ｃ、すなわち電子部品を吸着している吸着ノズルの中
心をＣＣＤカメラ２６の視野２６ａ内の角部に位置させ
る。図１１（Ａ）で画像を取込んだ後電子部品３０を９
０°回転させて図１１（Ｂ）の位置で撮像する。このよ
うに電子部品３０を９０°回転させて４回撮像すること
により一つの電子部品３０の画像取込みを行う。またタ
クトタイムを短くするために１８０°回転させて２回撮
像し、対角に配置する端子の情報から全体の端子配置を
知ることも可能である。

【００４３】また、視野２６ａに入らない長い電子部品
３０”の場合には、図１１（Ｃ）に示すように、電子部
品３０”の回転中心３０ｃ”を視野２６ａ内の辺よりに
位置させる。この状態で撮像した後に、図１１（Ｄ）で
示したように、電子部品３０”を１８０°回転させて撮
像することにより一つの電子部品３０”の画像取込みを
行う。

【００４４】このようにして、ＣＣＤカメラの撮像視野
より大きな寸法の電子部品である場合でも、確実に２次
元画像データを取得することができる。

【００４５】なお、図５の説明に関連して、ＣＰＵ５２
からのレーザパワーレベル信号（デジタル）がＤ／Ａ変
換器５９によりアナログ信号に変換され、それにより電
子部品の種類によりレーザダイオード２１のパワーの調
整が可能であることを説明した。ここで、このレーザパ
ワーを調整してデータを取得する方法を説明する。

【００４６】電子部品がリード端子を有する電子部品に
おいては測定面が平面であり、鏡面に近いものがある。
この場合拡散反射光を撮像しにくくなりリードの高さデ
ータが不正確となる。しかしながら鏡面に近いといえど
も、めっきの肌荒れ等があるので、レーザダイオードパ
ワーレベルを上げてより強い光をパルス点灯投光すれ
ば、良好な撮像画像が得られる。これは特にコネクタに
多いので、図１２において電子部品がコネクタ３５の場
合を例として説明する。

【００４７】コネクタ３５においても図１２（Ａ）に示
すように、一つの撮像画像中にリード端子３５ａを一つ
おきに複数のライン光３６をパルス点灯投光する。しか
しながら上述したように、レーザダイオード２１のパワ
ーレベルを上げた場合、本実施形態ではレーザ使用の安
全面から、レーザ放射レベルをクラス１に押さえている
が、このレベルを越えてしまう。従って図１２（Ｂ）に
示すようにリード端子３５ａに対して５つおきにパルス
点灯投光して時間平均放射レベルを低くする。この場
合、撮像時間は長くなるが、リード端子の高さは正確に
測定できる。もう一つの方法は図１２（Ｃ）に示すよう
にコネクタを９０°回転させてリード端子３５ａの並び
方向を一本または二、三本のライン光３６をパルス点灯
投光して時間平均放射レベルを低くする。この場合リー
ド端子の一部の高さしか測定できないが測定時問は短く
することができる。

【００４８】以上のように一つの撮像画像の中に引かれ
るライン光の本数を減らして、レーザの時間平均放射レ
ベルを低くするようにしている。レーザの時間平均放射
レベル低減の判断はレーザ出力に応じて一つの撮像画像
の中に引かれるライン光の本数を制限するか、一つの撮
像画像の中に引かれる予定のライン光の本数に応じてレ
ーザ出力を可変とする方法がある。

【００４９】図１３には、本発明の他の実施形態が図示
されている。レーザダイオード８１の光はコリメートレ
ンズ８２によって平行光線となり、ガルバノミラー８６
に投光される。ガルバノミラー８６は矢印のように回転
振動し、フォーカスレンズ８３の口径内で光を走査す
る。フォーカスレンズ８３は受光した平行光線を電子部
品に向けてスポット光に集光する。光は投光ミラー８４
によって４５°の角度に曲げられて投光され、ＣＣＤカ
メラ８７により撮像される。

【００５０】スポット光はガルバノミラー８６で走査さ
れることにより見かけ上のライン光８５を形成する。投
光ミラー８４とフォーカスレンズ８３は同一ユニットに
構成されており、平行光の方向に前後することで、前記
見かけ上のライン光８５を走査することができる。ライ
ン光８５を形成する期間はレーザダイオード８１は連続
点灯となる。これにより図３に示した実施形態と同様
に、ライン光を所定間隔で順次電子部品の端子部に投光
することができる。

【００５１】なお、上述した実施形態では、２次元画像
撮像と３次元画像撮像を同一のＣＣＤカメラで行ってい
るが、個々に行ってもよいことはもちろんである。すな
わち２次元画像撮像を行った後に、電子部品の角度補正
をしながら３次元画像撮像部位に移動して３次元画像を
撮像することよっても同一の効果を得ることが可能であ
る。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、ヘッ
ド部は停止したままＣＣＤカメラの視野内に複数の光切
断線を引いて高さデータを求め、３次元測定を行ってい
るので、電子部品の平坦度検査が高速にかつ確実にでき
る。従って、電子部品の３次元形状検査が必要な部品を
実装する際の実装タクトタイムを顕著に短縮することが
できる。

【００５３】また、本装置においては自由にライン光の
ピッチを変更することができ、必要な部位のみに投光し
て撮像するので３次元データ処理量が少なくてすみ、測
定処理時間の短縮が図られる。更に、リード端子を有す
る電子部品に対して電子部品を回転せずに、ライン光を
走査して測定できるので測定時間を短縮することができ
る。

【００５４】また、カメラ視野より大きい電子部品で
も、回転のみで測定できるので、大きな質量のヘッド部
をＸＹに移動させる必要がないことから測定時間を大幅
に短縮することができる。

【００５５】更に、本発明では、鏡面に近い表面状態の
リード端子に対してはレーザ出力レベルを変えて、撮像
するので正確な高さデータを求めることができる。しか
もレーザ放射レベルを押さえる機能があるので使用上の
安全性が保証される。

【００５６】また、高さ計算は仮想基準を採用している
ので、物理的な基準面が無くても正確に高さ計算が可能
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の電子部品の搭載の流れを説明する説明図
である。

【図２】本発明の電子部品実装装置の外観を示す斜視図
である。

【図３】ライン光を用いて電子部品を撮像する構成を示
した構成図である。

【図４】電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロッ
ク図である。

【図５】レーザコントロールボードの詳細な構成を示す
ブロック図である。

【図６】本発明の電子部品の実装過程を示すフローチャ
ート図である。

【図７】本発明の電子部品の実装過程を示す説明図であ
る。

【図８】電子部品の吸着角度を補正してライン光を引く
状態を示した説明図である。

【図９】ライン光の投光による電子部品の端部の映像を
示した説明図である。

【図１０】仮想基準線を用いて高さ測定する状態を示し
た説明図である。

【図１１】電子部品を回転させて大きな電子部品を撮像
する状態を示した説明図である。

【図１２】電子部品の端子表面に応じてレーザ出力レベ
ルを変化させてライン光を投光する状態を示した説明図
である。

【図１３】ライン光を形成する他の実施形態を示した斜
視図である。

【符号の説明】

１７吸着ヘッド部１７ａ吸着ノズル１８撮像部１９プリント基板２１レーザダイオード２５ラインジェネレータレンズ２６ＣＣＤカメラ２８リニアモータ３１ＬＥＤ照明光源

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者斉藤勝東京都調布市国領町８丁目２番地の１ジューキ株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA17 AA20 AA24 AA37 AA47 AA53 CC25 DD06 EE00 FF01 FF02 FF04 FF09 FF15 FF67 GG06 GG07 GG17 HH04 HH05 HH11 JJ03 JJ26 LL10 LL12 LL13 LL62 MM14 MM16 NN02 PP11 QQ18 QQ24 QQ25 QQ31 QQ51 TT02 5E313 AA03 AA04 AA11 AA23 CC03 CC04 EE02 EE03 EE24 EE37 FF05 FF07 FF24 FF28 FF34

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】吸着された電子部品を撮像しその撮像デ
ータから電子部品を位置決めして基板上に実装する電子
部品実装方法において、電子部品を撮像して位置決め用の２次元データを取得
し、２次元データに基づき基準角度に対する電子部品の吸着
角度ずれを補正し、角度補正された電子部品を撮像して該電子部品の高さデ
ータを取得し、前記２次元データと前記高さデータから
該電子部品の検査のための３次元データを取得すること
を特徴とする電子部品実装方法。
【請求項２】ボールグリッド端子を有する電子部品に
対して、ボール端子の頂点付近にライン光を投光して３
次元データを取得することを特徴とする請求項１に記載
の電子部品実装方法。
【請求項３】リード端子を有する電子部品に対して、
リード端子の伸びる方向と平行にライン光を投光して３
次元データを取得することを特徴とする請求項１に記載
の電子部品実装方法。
【請求項４】一回の撮像で複数のライン光を電子部品
の異なる端子部に投光して３次元データを取得すること
を特徴とする請求項２又は３に記載の電子部品実装方
法。
【請求項５】撮像視野より大きな寸法の電子部品の場
合、電子部品の吸着中心を撮像視野の中の角部に配して
電子部品を９０度づつ回転させて４回撮像することによ
り、あるいは電子部品の吸着中心を撮像視野の中の角部
に配して電子部品を１８０度回転させて２回撮像するこ
とにより、あるいは電子部品の吸着中心を撮像視野の中
の辺部に配して電子部品を１８０度回転させて２回撮像
することにより２次元データを取得することを特徴とす
る請求項１から４までのいずれか１項に記載の電子部品
実装方法。
【請求項６】吸着された電子部品を撮像しその撮像デ
ータから電子部品を位置決めして基板上に実装する電子
部品実装方法において、吸着された電子部品の端子部にライン光を投光し、投光と撮像のフォーカス点に平面を配置したときに撮像
されるライン光による光切断線の画素位置または前記画
素位置から所定距離シフトしたシフト画素位置を仮想基
準線とし、前記仮想基準線から電子部品の端子映像迄の画素数に基
づき端子部の高さを求め該電子部品の検査を行うことを
特徴とする電子部品実装方法。
【請求項７】吸着された電子部品を撮像しその撮像デ
ータから電子部品を位置決めして基板上に実装する電子
部品実装方法において、吸着された電子部品の端子部にレーザライン光を投光
し、前記電子部品の端子表面状態に応じてレーザライン光を
制御し、レーザライン光による光切断線から端子部の高さを求め
て該電子部品の検査を行うことを特徴とする電子部品実
装方法。
【請求項８】レーザライン光の制御は、引かれる光切
断線の数を制限するか、あるいはレーザ出力レベルを調
節することにより行われることを特徴とする請求項７に
記載の電子部品実装方法。
【請求項９】吸着された電子部品を撮像しその撮像デ
ータから電子部品を位置決めして基板上に実装する電子
部品実装装置において、電子部品の位置決め用２次元データを得るための撮像手
段と、電子部品の端子部にライン光を順次間隔をずらして投光
する手段とを備え、ライン光で照射された電子部品を撮像して該電子部品の
検査のための３次元データを取得することを特徴とする
電子部品実装装置。
【請求項１０】電子部品をライン光で走査し、ライン
光が所定の位置にきたときライン光をパルス点灯させる
ことを特徴とする請求項９に記載の電子部品実装装置。
【請求項１１】電子部品に投光するライン光の投光角
度が一定であることを特徴とする請求項９又は１０に記
載の電子部品実装装置。
【請求項１２】電子部品に投光するライン光の光源が
レーザ光であり、撮像手段の受光部が多数の受光素子か
らなる受光素子アレイであることを特徴とする請求項９
から１１までのいずれか１項に記載の電子部品実装装
置。
【請求項１３】一回の撮像で複数のライン光を電子部
品の異なる端子部に投光して３次元データを取得するこ
とを特徴とする請求項９から１２までのいずれか１項に
記載の電子部品実装装置。
【請求項１４】２次元データに基づき基準角度に対す
る電子部品の吸着角度ずれを補正したあとに、電子部品
を撮像して３次元データを取得することを特徴とする請
求項９から１３までのいずれか１項に記載の電子部品実
装装置。
【請求項１５】ボールグリッド端子を有する電子部品
に対して、ボール端子の頂点付近にライン光を投光して
３次元データを取得することを特徴とする請求項９から
１４までのいずれか１項に記載の電子部品実装装置。
【請求項１６】リード端子を有する電子部品に対し
て、リード端子の伸びる方向と平行にライン光を投光し
て３次元データを取得することを特徴とする請求項９か
ら１４までのいずれか１項に記載の電子部品実装装置。
【請求項１７】電子部品の端子部に対する投光は前記
電子部品の端子配列に対して、一列おきに行われること
を特徴とする請求項９から１６のいずれか１項に記載の
電子部品実装装置。
【請求項１８】撮像視野より大きな寸法の電子部品に
対し、電子部品の吸着中心を撮像視野の中の角部に配し
て電子部品を９０度づつ回転させて４回撮像することに
より、あるいは電子部品の吸着中心を撮像視野の中の角
部に配して電子部品を１８０度回転させて２回撮像する
ことにより、あるいは電子部品の吸着中心を撮像視野の
中の辺部に配して電子部品を１８０度回転させて２回撮
像して２次元データを取得することを特徴とする請求項
９記載の電子部品実装装置。
【請求項１９】吸着された電子部品を撮像しその撮像
データから電子部品を位置決めして基板上に実装する電
子部品実装装置において、電子部品の位置決め用２次元データを得るための撮像手
段を設け、撮像手段の撮像視野より大きな寸法の電子部品に対して
は、電子部品の吸着中心を撮像視野の中の角部に配して
電子部品を９０度づつ回転させて４回撮像することによ
り、あるいは電子部品の吸着中心を撮像視野の中の角部
に配して電子部品を１８０度回転させて２回撮像するこ
とにより、あるいは電子部品の吸着中心を撮像視野の中
の辺部に配して電子部品を１８０度回転させて２回撮像
することにより２次元データを取得することを特徴とす
る電子部品実装装置。
【請求項２０】吸着された電子部品を撮像しその撮像
データから電子部品を位置決めして基板上に実装する電
子部品実装装置において、電子部品の位置決め用２次元データを得るための撮像手
段と、２次元データに基づき基準角度に対する電子部品の吸着
角度ずれを補正する手段と、角度補正された電子部品の端子部をレーザ光で走査する
手段とを備え、レーザ光で走査された電子部品を撮像して該電子部品の
請求項１と同様に修正検査のための３次元データを得る
ことを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２１】前記レーザ光がライン光であり、ライ
ン光が伸びる方向と直交する方向に走査されることを特
徴とする請求項２０に記載の電子部品実装装置。
【請求項２２】前記レーザ光がスポット光であり、ス
ポット光がＸ方向及びＹ方向に走査されることを特徴と
する請求項２０に記載の電子部品実装装置。
【請求項２３】吸着された電子部品を撮像しその撮像
データから電子部品を位置決めして基板上に実装する電
子部品実装装置において、吸着された電子部品の端子部にライン光を投光する手段
と、投光と撮像のフォーカス点に平面を配置したときに撮像
されるライン光による光切断線の画素位置または前記画
素位置から所定距離シフトしたシフト画素位置に仮想基
準線を設定する手段とを有し、前記仮想基準線から電子部品の端子映像迄の画素数に基
づき端子部の高さを求め該電子部品の検査を行うことを
特徴とする電子部品実装装置。
【請求項２４】吸着された電子部品を撮像しその撮像
データから電子部品を位置決めして基板上に実装する電
子部品実装装置において、吸着された電子部品の端子部にレーザライン光を投光す
る手段と、前記電子部品の端子表面状態に応じてレーザライン光を
制御する手段とを有し、レーザライン光による光切断線から端子部の高さを求め
て該電子部品の検査を行うことを特徴とする電子部品実
装装置。
【請求項２５】レーザライン光の制御は、引かれる光
切断線の数を制限するか、あるいはレーザ出力レベルを
調節することにより行われることを特徴とする請求項２
４に記載の電子部品実装装置。