JP2001094300A - ミラーを使用して部品の画像を採取する方法及び装置 - Google Patents

ミラーを使用して部品の画像を採取する方法及び装置

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JP2001094300A
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John E Danek
イー. ダーネク ジョン
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Universal Instruments Corp
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    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q7/00Arrangements for handling work specially combined with or arranged in, or specially adapted for use in connection with, machine tools, e.g. for conveying, loading, positioning, discharging, sorting
    • HELECTRICITY
    • H05ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05KPRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K13/00Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/08Monitoring manufacture of assemblages
    • H05K13/081Integration of optical monitoring devices in assembly lines; Processes using optical monitoring devices specially adapted for controlling devices or machines in assembly lines
    • H05K13/0812Integration of optical monitoring devices in assembly lines; Processes using optical monitoring devices specially adapted for controlling devices or machines in assembly lines the monitoring devices being integrated in the mounting machine, e.g. for monitoring components, leads, component placement

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  • Investigating Materials By The Use Of Optical Means Adapted For Particular Applications (AREA)
  • Mounting And Adjusting Of Optical Elements (AREA)
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 プリント回路基板上に部品を配置させる場合
に使用することが可能な部品の画像を採取する改良した
光学系及び方法を提供する 【解決手段】 本光学系は、部品の画像を採取する例え
ばカメラ等の画像採取装置、及び該部品を保持し且つそ
れを該カメラの視野の外側にある画像採取位置へ移動さ
せる部品ピックアップヘッドを有している。ミラーは、
第一及び第二位置の2つの位置の間においてその反射表
面の面内を移動自在である。第一位置において、部品の
画像はカメラの視野内へは反射されないが、第二位置に
おいては、部品の画像はカメラの視野内へ反射される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、移動自在なミラー
又はその他の反射表面を使用して、コンポーネント即ち
部品の画像を採取する方法及び装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】電子部品の自動的配置においては、部品
を例えばスピンドル配置ヘッドによってプリント回路基
板上に配置させるべき部品の供給源からピック即ち取り
上げる。部品、特に、該部品のリードの回路基板上での
適切な配置を確保するために、リードの位置決め及びア
ライメント即ち整合状態を、回路基板上に配置させる前
に、各部品に対して検査する。このことは、典型的に、
機械的視覚システムを使用して配置する前に、該部品の
イメージ即ち画像を採取することによって行われる。
【0003】配置されるべき部品のリードは、通常、部
品が配置ヘッドによって保持される場合には下方へ突出
するので、底部から該部品の画像を採取することが必要
である。従来は、上側に向いたカメラを使用していた。
しかしながら、このことは、部品を配置用の適切な位置
へ移動させる前に、専用の位置にあるカメラへ該部品を
移動させることを必要としていた。その結果、サイクル
時間は一層長くなり且つ処理能力もそれに対応して減少
されていた。
【0004】より最近においては、サイクル時間を減少
させ且つ処理能力を増加させるために、水平方向に配向
させたカメラと共に移動自在のミラーが使用されてい
る。この様な従来のシステムにおいては、配置ヘッドと
共にX及びY方向に移動するキャリッジへ、カメラと共
に、1個又はそれ以上のミラーを装着してある。部品の
画像を採取するために、部品が回路基板に配置される直
前に該ミラーが部品の下側へ移動される。該ミラーは該
部品の底部の画像を、該カメラの視野内へ反射させ、従
って該カメラはリードの画像を採取することが可能であ
る。次いで、該ミラーを配置ヘッド経路の外へ移動さ
せ、且つ該配置ヘッドを下降させて該部品を下側の回路
基板上へ配置させる。該システムは、部品の移動経路を
最小とさせることによってサイクル時間を減少させてい
る。しかしながら、この様なシステムにおけるミラー
は、その反射表面によって画定される面に対して斜めの
角度で移動されるので、該システムは該ミラーの移動に
よって発生されるエラーによって影響される。例えば、
該画像が採取される場合に該ミラーが完全に所定位置に
ない場合、又はミラーの位置決めの再現性が問題である
場合には、リード画像形成の精度が影響を受けることと
なる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、部品の画像を採取するための改良した光学
系を提供することを目的とする。本発明の別の目的とす
るところは、上側に向いていないカメラを使用して部品
の底部の画像を採取する光学系を提供することである。
本発明の更に別の目的とするところは、ミラーの移動に
よって導入されるエラーを最小とさせる可動ミラーを使
用して部品の画像を採取する光学系を提供することであ
る。本発明の更に別の目的とするところは、可動反射表
面を使用して部品の画像を採取する改良した方法を提供
することである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の第1の側面によ
れば、部品の画像を採取する光学系が提供される。該光
学系は、部品の画像を採取するための、例えばカメラ等
の画像採取装置を有している。部品ピックアップヘッド
が、部品を保持し且つカメラの視野の外側にある画像採
取位置へ移動させる。2つの位置の間でその反射表面の
面内において移動可能なミラーが設けられている。第一
位置においては、該部品の画像は該カメラの視野内に反
射されることはなく、第二位置においては、該部品の画
像は該カメラの視野内に反射される。
【0007】本発明の別の側面によれば、部品の画像を
カメラ等の画像採取装置を使用して採取する。該部品
を、該カメラの視野の外側にある画像採取位置へ移動さ
せる。ミラーを第一位置から第二位置へその反射表面の
面内において移動させる。第一位置においては、該部品
は該カメラの視野内へ反射されることはない。第二位置
においては、該部品の画像は該カメラの視野内へ反射さ
れる。
【0008】
【発明の実施の態様】最初に図1を参照すると、本発明
に基く光学系10が例示されている。コンポーネント即
ち部品を保持する配置ヘッド20も示されている。この
配置ヘッドを具備する光学系は、当該技術分野において
は「ピックアンドプレイス(pick andplace)」装置と
知られている電子組立て装置の一部として使用される。
この様なピックアンドプレイス装置の1例は、ニューヨ
ーク州ビンガムトンのユニバーサルインストルメンツコ
ーポレーションによって製造販売されているGSM(商
標)部品配置装置がある。当該技術分野においては公知
のこの装置の構成及び動作を引用によって本明細書に取
り込む。
【0009】ピックアンドプレイス装置上の部品供給ス
テーションから部品1をピックアップするために前もっ
て下降されていた配置ヘッド20が上昇され、図1に示
したように、画像採取位置28に保持されている。画像
採取装置30が、例えば、配置ヘッド20と共にX及び
Y方向に移動するピックアンドプレイス装置上のキャリ
ッジのフレームへ画像採取位置28に隣接して装着され
ている。画像採取装置30の配向状態は、視野38(図
2参照)が基本的に部品の底部表面の面に対して垂直で
あるようなものである。図示例の画像採取装置30は、
視野38からの光をCCDカメラ32上へフォーカスさ
せるレンズシステム34を具備しているCCDカメラ3
2である。電子部品組立システムの技術分野においては
その他のタイプの画像採取装置も公知である。画像採取
装置30は水平方向に配向されているので、部品1の底
部の画像はカメラ32上に直接的に投影されるわけでは
ない。
【0010】カメラ32の前方で且つ画像採取位置28
の反対側の視野38内にはミラー12が設けられてい
る。ミラー12は、又、それが画像採取装置30と共に
移動するように、キャリッジフレーム又はピックアンド
プレイス装置上の何等かのその他の支持体に装着されて
いる。ミラー12は、例えば、水平軸と相対的に78°
の角度で位置させることが可能である。
【0011】第2ミラー14がミラー12とカメラ32
との間に位置されている。第2ミラー14も、例えば、
キャリッジのフレームへ装着されているが、それは、第
一位置(図1及び3に示してある)と第二位置(図2に
示してある)との間においてその反射表面15によって
画定されている面16内を移動自在である。第二ミラー
14は、例えば、水平軸と相対的に22°の角度で位置
させることが可能である。図1及び3に示したように、
可動ミラー14が第一位置にある場合には、配置ヘッド
20下側の経路はクリア即ち邪魔物がなく、従って、配
置ヘッド20は供給部から部品をピックし且つ又部品1
を回路基板5上に配置させるために下降させることが可
能である。第二位置にある場合には、可動ミラー14
は、部品1とプリント回路基板5又は部品供給部との間
の経路において部品1の下側に位置されている。図示例
においては、可動ミラー14は面16内においての滑ら
かな運動を確保するために一組の精密軸受を介してキャ
リッジへ装着されており且つケーブル駆動システムによ
って該二つの位置の間で駆動されるが、その他の駆動装
置(例えば、電気モータ、歯車、ベルト、ラックアンド
ピニオンシステム、空気圧装置)を使用することも可能
である。
【0012】図2に示したように、ミラー12及び14
の角度配向は、可動ミラー14が部品1下側の第二位置
にある場合に、部品1の底部の画像がミラー14の反射
表面15からミラー12の反射表面13へ、次いでその
視野38内におけるカメラ32へ反射されるように選択
されている。更に、可動ミラー14はその反射表面15
の面16内においてカメラ32及び部品1と相対的に移
動されるに過ぎないものであるから、ミラー14が所定
位置へ移動する場合に光学経路18は基本的に不変のま
まである。従って、光学系10によって導入される唯一
のエラーはミラー14の平坦性、ミラー軸受けの揺動、
及びミラー面及び軸の余弦エラーに帰着される。
【0013】動作について説明すると、配置されるべき
部品1が、当該技術分野において公知の方法の一つ(例
えば、真空)を使用して、配置ヘッド20によってピッ
クアップされ且つ保持される。次いで、該部品1は画像
採取位置28(図1)へ上昇される。該部品が画像採取
位置へ上昇されると(又は、その位置へ移動中に)、可
動ミラー14が矢印17で示したように第一位置から第
二位置へ摺動される。図2に示したように、このこと
は、光学経路18が部品1の画像をカメラ32へ反射さ
せることとなる。ミラー14はその反射表面15の面1
6内においてのみカメラ32及び部品1と相対的に移動
されるに過ぎないものであるから、部品1の画像は、ミ
ラー14がその移動の終端に到達することを待機する必
要性無しに採取することが可能である。該画像がカメラ
32によって採取されると、ミラー14は図3中に矢印
19で示した如く、第一位置へ復帰される。このこと
は、配置ヘッド20下側の経路をクリア、即ち邪魔物を
取り除き、従って該ヘッドは部品1をプリント回路基板
5上に配置させ且つ部品供給部から次の部品をピック
し、従って上述した処理を繰返し行うことが可能であ
る。
【0014】本発明を摺動ミラー14を使用した場合に
ついて説明したが、反射表面がその表面によって画定さ
れる面内において移動するものである限り、任意の反射
表面を提供する手段を使用することが可能であることは
勿論である。同様に、該ミラーを移動させるその他の手
段を使用することも可能である。例えば、図4及び5に
示した変形実施例においては、一連の反射表面42と切
除領域44とを交互に配置した回転ディスク4を使用す
ることが可能である。制御下においてディスク40を回
転させることによって、部品1の画像を反射表面42の
内の一つへ反射させることが可能であり、それを次いで
回転させて配置ヘッド20が切除領域44を通過させる
ことが可能である。この場合も、反射表面42は反射表
面42によって画定される面46内を移動するものであ
るから、光学系によって導入される画像形成におけるエ
ラーは著しく減少されている。該ディスクは、例えばモ
ータ又は回転空気シリンダなどの回転駆動機構によって
駆動させることが可能である。
【0015】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが,本発明は、これらの具体例にのみ制
限されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱
すること無しに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。例えば、単一又は複数個のミラー又は反射表面から
なる変形例を使用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の1側面に基く光学系を示した概略
図。
【図2】 部品の画像をカメラへ反射させる位置に可動
ミラーが配置された状態の図1の光学系を示した概略
図。
【図3】 配置ヘッドが部品をプリント回路基板上へ配
置させることを可能とさせる位置に可動ミラーが配置さ
れた状態の図1の光学系を示した概略図。
【図4】 本発明の別の側面に基く一連の反射表面と切
除領域とを交互に配置させた回転ディスクを示した概略
平面図。
【図5】 図4の回転ディスクを具備する本発明の1側
面に基く光学系を示した概略図。

Claims (15)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】部品の画像を採取する光学系において、 視野を具備する画像採取装置、 部品を保持し且つ前記部品を前記画像採取装置の前記視
    野の外側にある画像採取位置へ及びそこから移動させる
    部品ピックアップヘッド、 第一面内に配置されており、前記部品の画像が前記画像
    採取装置の前記視野内へ反射されることのない第一位置
    及び前記部品の画像が前記画像採取装置の前記視野内へ
    反射される第二位置から前記第一面内において移動自在
    なミラー、を有していることを特徴とする光学系。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記ミラーが第一ミラ
    ーであり、前記光学系が、更に、第二ミラーを有してお
    り、前記第二ミラーは、前記部品の画像が前記第一ミラ
    ーと第二ミラーとを包含する光学経路によって前記画像
    採取装置の前記視野内へ反射されるように位置決めされ
    ていることを特徴とする光学系。
  3. 【請求項3】請求項1において、前記ミラーが前記第一
    及び第二位置の間を摺動すべく装着されていることを特
    徴とする光学系。
  4. 【請求項4】請求項1において、前記ミラーが前記第一
    及び第二位置の間で回転すべく装着されていることを特
    徴とする光学系。
  5. 【請求項5】請求項4において、前記ミラーがその周辺
    部に沿って複数個のギャップによって離隔されている複
    数個の反射部を有していることを特徴とする光学系。
  6. 【請求項6】請求項1において、更に、前記画像採取位
    置に位置された場合に前記部品へ光を投光させるように
    前記画像採取位置に近接して配置されている少なくとも
    1個の光源を有していることを特徴とする光学系。
  7. 【請求項7】部品の画像を採取する光学系において、 視野を具備している画像採取装置、 部品を保持し且つ前記部品を画像採取位置へ及びそこか
    ら移動させる部品ピックアップヘッド、 第一面内に配設されており、前記部品の画像が前記画像
    採取装置へ反射されることのない第一位置及び前記部品
    の画像が前記画像採取装置へ反射される第二位置から前
    記第一面内において移動自在な第一ミラー、を有してい
    ることを特徴とする光学系。
  8. 【請求項8】請求項7において、更に、第二ミラーを有
    しており、前記第二ミラーは、前記第一ミラー及び第二
    ミラーを包含する光学経路によって前記第一画像採取装
    置へ前記部品の画像が反射されるように位置決めされて
    いることを特徴とする光学系。
  9. 【請求項9】請求項7において、前記第一ミラーが前記
    第一及び第二位置の間で摺動すべく装着されていること
    を特徴とする光学系。
  10. 【請求項10】請求項7において、更に、前記画像採取
    位置に位置された場合に前記部品へ光を投光させるよう
    に前記画像採取位置に近接して配設されている少なくと
    も1個の光源を有していることを特徴とする光学系。
  11. 【請求項11】部品の画像を採取する光学系において、 視野内において部品の画像を採取する手段、 前記画像を採取する手段の前記視野の外側にある画像採
    取位置へ及びそこから前記部品を移動させる手段、 前記画像を採取する手段の前記視野内へ前記部品の画像
    を選択的に反射させる手段、を有していることを特徴と
    する光学系。
  12. 【請求項12】請求項11において、前記反射手段が、 第一面内に配設されているミラー、及び前記部品の画像
    が前記画像を採取する手段の前記視野内へ反射されるこ
    とのない第一位置と、前記部品の画像が前記画像を採取
    する手段の前記視野内へ反射される第二位置との間で、
    前記第一面内において前記ミラーを移動させる手段、を
    有していることを特徴とする光学系。
  13. 【請求項13】請求項11において、更に、前記部品を
    照明する手段を有していることを特徴とする光学系。
  14. 【請求項14】部品の画像を採取する方法において、 視野を具備している画像採取装置を用意し、 前記部品を前記画像採取装置の前記視野の外側にある画
    像採取位置へ移動させ、 第一面内に配設されたミラーを用意し、 前記部品の画像が前記画像採取装置の前記視野へ反射さ
    れることのない第一位置から、前記部品の画像が前記画
    像採取装置の前記視野へ反射される第二位置へ前記ミラ
    ーを前記第一面内において移動させる、ことを特徴とす
    る方法。
  15. 【請求項15】請求項14において、更に、前記部品を
    照明することを特徴とする方法。
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