JP2003523613A - 強化されたセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 強化されたセンサを提供する。 【解決方法】単一ハウジングセンサ（１００、３００）は、光源（５２）からの光を受けるハウジング内の検出器（５４、３２４）を有する。ハウジング内の検出器（５４、３２４）は、部品（２００、３０６、３０８、３１０、３１２）の輪郭を表わす出力を供給し、それらの部品は、捕捉・位置決め機（１０２）のノズル（２０２、３１４、３１６、３１８、３２０）上に回転可能に装着される。センサ（１００、３００）はまた、捕捉・位置決め機（１０２）内のエンコーダ（１３４、１３６、１３８、１４０）に接続された、ハウジング内の受信回路（２２２）有し、それらのエンコーダ（１３４、１３６、１３８、１４０）は、ノズル（２０２）の回転位置を表わす出力を、センサ（１００、３００）に供給する。センサ（１００、３００）内の計算回路（２３６）は、部品（２００、３０６、３０８、３１０、３１２）の捕捉ずれ（オフセット）量および部品（２００、３０６、３０８、３１０、３１２）の方位角度を表わす補正信号を演算する。補正信号は、モータエンコーダデータおよび部品の多数の影像から計算され、それらの影像は、ノズル（２０２、３１４、３１６、３１８、３２０）の回転角度θで収集される。ＵＡＲＴ（２３８）は、捕捉・位置決め機（１０２）に補正信号を順次に送り、その信号は部品（２００、３０６、３０８、３１０、３１２）をプリント回路基板上に正確に位置決めするのに用いられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】 著作権の留保 本発明書類の開示の一部は、著作権保護を受ける素材を含んでいる。著作権者
は、特許・商標局の特許ファイルまたは記録に掲載される特許あるいは特許開示
を誰が複写しても異議はないが、それ以外の場合は、いかなることであっても全
著作権を留保する。

【０００２】 発明の分野 本発明は、電子部品などの対象物の位置あるいは方位（向き）を決定するため
の光学的センサシステムに関するものであり、そのシステムは、電子部品上の「
リードトィーズ」（lead tweeze）、対象物上の特定のフィーチャー（特徴：fea
ture）の高さ、対象物上の特徴間の距離、あるいは対象物の予測される特徴の有
無などの対象物の物理的状態を報知するシステムを含む。

【０００３】 発明の背景 一般的な背景 電子部品などの対象物に関する様々な変数（パラメータ）を確認するための多
数の光学的方法がある。報告される可能性のある様々な変数は、部品の角度的な
方位、部品上の特徴の位置（例えば、捕捉位置のずれ）、カッドフラットパック
（Quad Flat Pack：ＱＦＰ）部品における曲がったリード線（リードトィーズ）
などの部品の品質表示、あるいはボールグリッドアレイ（Ball Grid Array：Ｂ
ＧＡ）部品の球の高さなどの部品の底に位置された特徴の測定を含む。これらの
変数を確認するためのシステムは、部品を捕捉（pick up）し、部品の適当な方
位および捕捉ずれ（offset）を決定した後に、部品をプリント回路基板上に位置
決めする捕捉・位置決め機に一般的に装備される。

【０００４】 これらの方法はすべて、捕捉・位置決め機の中空軸で部品を捕捉し、また測定
プロセスにおいて、一般的には捕捉・位置決め機の運動制御システムを利用する
。これらの方法のいくつかは、カメラを用いて部品の像を表わすデータを収集し
、その他の方法では、部品の輪郭をあらわすデータを収集する。すべての方法は
、収集されたデータを分析するある種のプロセッサを有し、そのプロセッサは、
部品の辺や部品のリード線の先端などの、部品のいくつかの特定の部分を確認、
識別する。

【０００５】 ある対象物について用いられる単語「方位」、およびその形態は、本明細書に
おいて、基準に対する対象物の角度的位置を示すために用いられる。ある対象物
について用いられる単語「位置」、およびその形態は、本明細書において、公称
の（ｘ，ｙ）基準位置に対する対象物の（ｘ，ｙ）位置を示すために用いられる
。

【０００６】 現在は、種々の形式の配置手順もまた捕捉・位置決め機に用いられる。一般的
には、捕捉・位置決め機は、「オンヘッド」（on-head）か「オフヘッド」（off
-head）のどちらかとして特徴付けられることができる。オンヘッドセンサシス
テム（ホストの捕捉・位置決め機と一緒に考えられる）は、部品が目標の回路基
板へ運ばれる間、部品の方位および捕捉位置ずれを感知し、補正する。オンヘッ
ドシステムは、部品を基板上に位置決めする時間を短縮するので好ましく、その
ことによって捕捉・位置決め機の処理量（スループット）は増大する。

【０００７】 一方、オフヘッドセンサシステムは、捕捉・位置決め機上の定められた位置で
のデータ収集機能を有する。オフヘッドシステムを用いるとき、中空軸は、最初
に部品を専用の位置（dedicated station）に移動し、その像を取得した後に、
部品を目標の回路基板上へ運んで位置決めしなければならない。オフヘッドシス
テムは、典型的には、ヘッドの停止回数が増えるか、または移動距離が長くなっ
て機械の処理量が低減するが、それらは廉価で、ヘッド上で運ばれる質量を低減
し、一つのセンサが多数の中空軸に対応できるという理由で用いられる。

【０００８】 捕捉・位置決め機の重要な目的は、電子部品をプリント回路基板上に位置決め
することである。部品上のある特定の特徴を正確に見出すために用いられるセン
サの様式にかかわらず、捕捉・位置決め機のホストプロセッサは、部品の予定の
配置場所を有する。センサ、観察カメラ、あるいはその他の手段からの位置情報
は、典型的には、ＲＳ−４２２ポートを介してホストプロセッサへ返送される。
センサ出力と所望の部品配置位置に基づいて、ホストプロセッサは、角度補正値
（θ）と捕捉位置ずれ（ｘ，ｙ）を含む方位補正値（ｘ，ｙ，θ）を計算する。
方位補正信号に基づいて、ホストプロセッサは、捕捉・位置決め機の動作制御シ
ステムに補正移動を実行するように指示し、動作制御システムが応答すると、ホ
ストプロセッサは、捕捉・位置決め機が部品を位置決めするように指示する。

【０００９】 図１および図２に、従来技術の投影式センサ２および従来技術の捕捉・位置決
め機１２の電子ブロック図および概略の作動原理を示す。センサシステム８は３
つの部分、すなわち、（図示されないセンサヘッド上に配置される）センサ２、
制御モジュール４、およびセンサ２を制御モジュール４に接続する２線式同軸ケ
ーブル６で構成される。センサ２は捕捉・位置決め機１２のセンサヘッド上に配
置されるが、制御モジュール４は、別の電子回路ケース内か、そうでなければ機
械１２内に配置される。システム８の動作は捕捉・位置決め機１２のプロセッサ
１０によって制御される。プロセッサ１０は、一般的には、機械１２の動作を制
御し、典型的には、ＲＳ−２３２やＲＳ−４２２のシリアルコミュニケーション
プロトコル内のコミュニケーションバス１４を介して制御モジュール４に命令を
出す。

【００１０】 動作制御システム１６は、モータ１６、１８、２０、および２２を介して、そ
れぞれセンサヘッドのｘ、ｙ、ｚ、およびθ方向の移動を制御する。それぞれの
モータは付属エンコーダ２４，２６，２８、および３０を個々に有し、それらの
エンコーダは、それぞれ捕捉・位置決め機１２のセンサヘッドのｘ、ｙ、ｚ、お
よびθの位置の変化を表わす信号を出力するように適応される。捕捉・位置決め
機１２は、また、典型的には、本発明によって提供される、部品の像を観察する
か、またはオプションとして、機械１２の動作の総合結果を調査するための陰極
線管（ＣＲＴ）を含む。電源３４は捕捉・位置決め機１２内に配置され、バス１
４を通過し、制御モジュール４を通り、さらにセンサ２へ通ずる２線式同軸ケー
ブル６を介して、センサ２によって要求されるすべての動作電力を供給する。

【００１１】 投影式センサ２の概略動作が、図２に適当に説明されている。部品４０は真空
ノズル４２あるいは類似物を介してセンサヘッド（図示されず）に固定される。
多数の光線４４は、部品４０の一方側から部品４０を照射し、部品４０の反対側
のリニア影像検出器４６が部品４０の影を表わすデータを捕らえる。センサ２は
光４４のためのレーザダイオード源４８を具備するように図示されるが、光が可
干渉性か否かに関わらず、他のどのような高強度の光源も用いられることもでき
る。回転式モータ２２のあらかじめ選択されたいくつかの角度位置で、センサ２
は、部品４０の影を表わすデータを検出器から収集する。部品の種類に合うよう
に、あらかじめ選択された角度位置が３６０度にわたって等間隔である必要はな
く、また部品４０が一定の角速度で回転するように要求されることもない。

【００１２】 制御モジュール４内の電子部品は、あらかじめ選択された角度位置それぞれに
対して、検出器上の部品の影像の幅および影像の中心の位置を計算する。長方形
の部品が１８０度回転される場合、影像の幅対角度をプロットすると、２つの最
小値、すなわち部品の幅に対応する値と部品の長さに対応する値とを生成するで
あろう。２つの最小幅、それらに対応する角度、および影像の中心が分かると、
部品４０上の特徴の位置が（捕捉・位置決め機の内部（ｘ，ｙ）基準に関連して
）計算されることができる。特徴の位置と捕捉・位置決め機の内部（ｘ，ｙ）基
準が分かると、捕捉ずれ量が計算される。このシステムは、影像の辺からは得ら
れないような情報は供給しないので、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）やフリッ
プチップ上の球の配置の誤りおよび球の喪失は確認することはできず、ＱＦＰ（
カッドフラットパック）やＴＳＯＰなどのリード線のある部品のリード線の位置
の誤りを確認することもできない。

【００１３】 この投影式センサは、サイバーオプティクス社（CyberOptics（登録商標）Cor
poration）に譲渡されたスカンズ（Skunes）他の米国特許第５，２７８，６３４
号に示される。投影式システムの他の用法は、部品が傾けられている間に、部品
上を光が照射するのを可能にするので、限定的な輪郭よりもむしろ部品のリード
線についての情報を識別することができる。投影手法は捕捉・位置決め機１２に
あらかじめ備えられた運動制御システムを十分利用し、その運動制御システムは
、ノズル４２の角度位置を報知するための極めて正確な回転式モータ２２および
エンコーダ３０を有する。

【００１４】 電子回路基板、および部品の位置決めのために有効なデータチャネルに個々に
結合されたセンサがあるので、異なる型のセンサが装備されるたびに電子回路基
板を変えることは面倒である。さらに、捕捉・位置決め機内でセンサと結合され
た電子回路基板は貴重な基板空間（スペース）を要求し、付加的な通信オーバー
ヘッドが付加的なセンサ／電子回路基板組合せに関連して発生する。加えて、基
板、センサ、および（一般的には、センサ電子回路基板などと同じカードケージ
には接続されない）ホストプロセッサ間のケーブル組立体によって占められる空
間の総量が多大であるので、空間のさらなる有効利用が所望されている。つまり
、過度な不稼動期間なしに捕捉・位置決め機に装備される得る多種のセンサであ
って、捕捉・位置決め機内の計算および通信の機能をより有効に供給し、占有空
間の総量を低減する、新しい互換性のあるセンサが必要とされている。

【００１５】 発明の概要 本発明の最も基本的な形式において、単一ハウジングセンサは、そのハウジン
グ内に光源からの光を受ける検出器を有する。検出器は、捕捉・位置決め機のノ
ズル上に装備されて、部品の輪郭を表わす出力を供給する。センサはまた、その
ハウジング内に、捕捉・位置決め機内のモータエンコーダに接続された受信回路
を有し、そのエンコーダはノズルの回転位置を表わす出力をセンサに供給する。
センサ内の計算回路は、ノズルの多数の回転位置で、エンコーダからの出力と検
出器からの出力との関数として、部品の輪郭の幅を計算し、その回路は、補正信
号と呼ばれることがある、部品の幅が最小となる位置でのエンコーダからの出力
値を提供する。センサ内の回路の好ましい実施例では、捕捉・位置決め機に補正
信号を順次に送信するために、ユニバーサル非同期受信トランシーバ（ＵＡＲＴ
）が用いられる。

【００１６】 本発明のセンサは、捕捉・位置決め機に、オンヘッドまたはオフヘッドで用い
られることが好ましい。本発明は、検出器からの検出可能信号を供給するために
十分な強度の、可干渉性の光および非干渉性の光を含む、あらゆる種類の光源と
共に用いられることができる。多ノズルセンサの場合のように、付加的部品のた
めにハウジングが広げられる時には、センサ内の一つのノズルに一つのチャネル
が対応するように、ノズルの数分のチャネルが装備可能である。本発明は、本明
細書に開示される特定のセンサ、制御回路、および捕捉・位置決め機に限定され
ない。例えば、本発明は、検出器と一体化されたスマート（smart）カメラおよ
び同じ物理的パッケージ内の影像処理回路を介して部品の位置を検出するオフヘ
ッドセンサと共に用いられることができる。

【００１７】 図面の簡単な説明 図１は、センサヘッド、制御モジュール、および捕捉・位置決め機の従来技術
のブロック図である。 図２は、レーザ・アライン（LaserAlign：登録商標）センサの動作方法の概略
図であり、光線の中で回転する部品と検出器上に見られる当該部品の影を示す。 図３は、本発明のセンサ、捕捉・位置決め機、および部品の間に形成された制
御ループのブロック図である。 図４は、本発明の捕捉・位置決め機の概略図である。 図５は、本発明のセンサ内の電子回路の詳細なブロック図である。 図６Ａ−Ｄは、本発明の４チャネルセンサの様々な機械的および電気的形態を
示す図であり、図６Ａはセンサの機械的配置の概略図、図６Ｂは前記センサの側
断面図、図６Ｃは４チャネルの内の一つのセンサの概略動作を示す図、図６Ｄは
センサの分解図である。 なお、便宜上、図面内の同一符号の要素は、同じ要素であるか、または同一あ
るいは類似の機能を有する。

【００１８】 好ましい実施例の詳細な説明 図３は、本発明の好ましい実施例の図であり、投影式センサ１００が、ケーブ
ル１０４および電源ケーブル１０６を介して捕捉・位置決め機１０２に接続され
る。ケーブル１０４は、捕捉・位置決め機１０２内の動作制御システム１０８か
らの通信信号およびモータエンコーダ信号を伝達し、一方ノズル２０２上の部品
２００の角度方位および（ｘ，ｙ）位置を表わす、センサ１００からの信号を反
対方向に伝送する。捕捉・位置決め機１０２は、電源１１０、オペレータインタ
フェース１２０、プロセッサ１２２、および動作制御システム１０８を含む。中
央バス１２４は、オペレータインタフェース１２０と動作制御システム１０８、
プロセッサ１２２、および外部センサヘッド５０とを接続する。電源１１０はケ
ーブル１０６を介してセンサ１００に給電する。

【００１９】 動作制御システム１０８は、捕捉・位置決め機１０２のヘッド５０をｘ、ｙ、
ｚ、およびθ方向に動かす一組のモータ１２６，１２８，１３０、および１３２
を有し、適当な方向でヘッド５０の位置を表わす出力を供給するために各モータ
に接続された一組のエンコーダ１３４、１３６、１３８、および１４０をそれぞ
れ有する。センサ１００ためのデータ収集プロセスの役割として、動作制御シス
テム１０８は、光源５２が励起されている間、ノズル２０２を角度的に回転する
ように、センサヘッド５０に命令を送り、そのことによって、部品２００の輪郭
の影を検出器５４に投影する。

【００２０】 光源５２は、検出器５４上に適当な検出可能な影を生じさせるのに充分な強度
を有するならば、いかなる形式の光源であってもよいが、光が充分に可干渉性で
あるように作動されるレーザダイオードであることが好ましい。センサ１００は
、データ収集命令、あるいは投影像の幅およびノズル２０２の関連角度位置につ
いてのデータを報告するという特定の命令などの動作命令を、バス１０４を介し
て機械１０２から受信するという点で、スレーブ式（slave-like）デバイスであ
る。センサ１００、捕捉・位置決め機１０２、および部品２００の間に、閉塞さ
れた制御ループが形成される。

【００２１】 図４は、捕捉・位置決め機１０２内のセンサ１００を示す。センサヘッド５０
は、部品２００を捕捉するための真空ノズル２０２を含む。センサ１００は、部
品２００上に光を照射し、同じハウジング内で部品２００を検出することができ
る構成として図示されるが、本発明が、図示されたとおりのセンサ１００の構成
に限定されないことは理解されるであろう。例えば、検出器用電子部品に関して
、他の構成の光源が使用できるが、これも本発明の範囲内に含まれることが理解
されるべきである。コンベアシステム（図示されず）は、機械１０２の内外へ、
プリント回路（ＰＣ）基板（図示されず）を運搬する。センサヘッド５０は、３
方向（ｘ，ｙ，ｚ）に直線的に移動可能であり、動作制御システム１０８を介し
て部品２００を角度的に回転させることができる。

【００２２】 捕捉・位置決め機１０２内で、それぞれのモータは、シュレッデッドシャフト
（shredded shaft）を回すことによって、他のモータから独立して回転する。そ
のシュレッデッドシャフトは、適当なガントリ（gantry）やスライド（slide）
、例えば、基準指示器５６、５８としてそれぞれ示される（ｘ，ｙ）ガントリや
スライドに沿って、ヘッド５０を移動させる。図２に示される種類の捕捉・位置
決め機は、典型的にはリードスクリュー（lead screw）捕捉・位置決め機と呼ば
れるが、リードスクリューではなく、バルブあるいはリニアモータを有する他の
種類の捕捉・位置決め機が本発明の方法および装置に利用可能である。

【００２３】 図５は、センサ１００の詳細な電子的構成のブロック図である。センサ１００
内の主電子回路基板は、いくつかのコネクタを有するが、他の実施例が、様々な
方法で電子回路内に機能的に結合できることは理解されるべきである。電源コネ
クタ２０４は結線１０６を介して電源１１０に接続されることを意図されている
。電圧変換回路２１４は、＋１８ボルト（Ｖ）の供給電力から＋５Ｖと＋１２Ｖ
の２つの供給電圧に変換する方式で、電子回路基板１０１上のすべての回路に適
当な電力を供給する。

【００２４】 ＣＣＤコネクタ２０６は、センサ１００内のＣＣＤ検出器５４に接続されるこ
とを意図されている。検出器５４は２つの出力を供給する種類なので、ＣＣＤ検
出器からのより高速な影像読み出しを提供するために、２チャンネルのアナログ
処理回路２１６、２１８が図示される。ＦＩＦＯ回路２２０は、２重回路２１６
、２１８からの出力を結合し、検出器５４内に収集された影像の強度を表わすデ
ータを、共通データバス２２１を介して、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２
３６に送る。

【００２５】 エンコーダコネクタ２０８は、２方向バス１０４に接続され、エンコーダ１４
０からのパルス幅符号化された位置情報を受信し、差動受信器２２２を通り、エ
ンコーダカウンタ回路２２６を介して、デジタル信号を供給する。エンコーダカ
ウンタ２２６は、受信されたパルスの数を適切に数える。一組の回路２２２、２
２６は、チャネル毎に用いられる。例えば、図６Ａに示される実施例においては
、センサ３００内に４つのデータチャネルがあるので、差動受信器とエンコーダ
の組合わせが４組必要とされる。回転モータ１３２のθ位置を符号化するエンコ
ーダ１４０は、角度とエンコーダからの２つのクロックの位相との関数としての
周波数出力を有し、モータ１３２がノズル２０２をどちらの方向に回転させてい
るかを表示する。レーザダイオードコネクタ２１０は電力を受けて、センサ１０
０内のレーザダイオード５２に独立のレーザダイオード用電源を供給する。

【００２６】 ＲＳ−４２２コネクタ２１２は、結線１０４を介して、ホストプロセッサ１２
２から、電源３４用を除く、命令とその関連データとを受信し、センサ１００か
らのデータがプロセッサ１２２に送信されることを可能にする。その他の、どの
ような標準化されたプロトコルも結線１０４に装備されることができるが、ほと
んどのパラレルプロトコルは特定の製品のために、ある程度の特殊性を要するの
で、本発明のセンサの互換性を維持するためには、接続はシリアル（直列）であ
ることが好ましい。部品２００の所望の配置位置は、コネクタ２１２を通ってホ
スト１２２からＤＳＰ２３６へ送られる。

【００２７】 タイミング制御回路ＣＰＬＤ２３２（複雑なプログラム可能論理デバイス）は
、ＣＣＤ２０６、アナログ処理装置２１６、２１８、およびＦＩＦＯメモリ２２
０の作動のために所望されるクロッキング信号を供給し、またＤＳＰ２３６をエ
ンコーダカウンタ２２６、ＦＩＦＯ２２０、ＵＡＲＴ２３８、およびＥＥＰＲＯ
Ｍ２３４などの種々のデバイスに接続するために、デバイス復号化論理および制
御信号をも供給する。ＤＳＰ２３６は、センサ１００内のすべてのデータ取得お
よび処理の機能を果たし、影像データおよびその他の暫定情報を蓄積する組込み
（ビルトイン）型の装置を含む。ＤＳＰ２３６を作動するのに必要なプログラム
は、不揮発性のＥＥＰＲＯＭ２３４に記憶され、ＥＥＰＲＯＭはまた較正用およ
び配列（構造）データも記憶する。

【００２８】 ＤＳＰ２３６が果たすレーザ配列機能の一組が以下の表１に示される。

【００２９】

【表１】 一つの部品の配列（alignment）処理の実行 配列処理の結果の読み取り 配列変数（パラメータ）の取り込み 処理および較正変数の読み取り 未処理の影像データの読み取り 部品の幅対回転角度データの読み取り センサ診断手順の実行 エンコーダカウンタのプリセット

【００３０】 検出器５４からのデジタル化されたデータは、ＤＳＰによって、その内部メモ
リに記憶され、ＤＳＰ２３６は、それらの記憶されたデータから、いくつかの標
準的基準位置に関する、部品２００の方位θおよびオフセットすなわちずれ（ｘ
，ｙ）を計算する。ＤＳＰ２３６は、機械１０２からの所望の位置信号およびＤ
ＳＰ２３６によって計算された方位情報を演算処理し、ｘ、ｙ、およびθの移動
補正の総量を表わす補正信号を計算する。前記補正信号は、部品２００を所望の
配置点に位置決めする機能を果たす。

【００３１】 一組の受信／送信回路２３８、２４０は、コネクタ２１２との間でデータを送
受信する。データは、前述の基準（例えばＲＳ−４２２）にしたがって順次に伝
送され、製造会社や形式に関わらず十分に互換可能なセンサを供給し、さらにセ
ンサと捕捉・位置決め機との間の接続数を低減する。

【００３２】 投影式センサシステム１００の好ましい実施例が図６Ａ−Ｄに示される。単一
のセンサハウジング３００は、４つの分離したチャネルを含み、各チャネルは、
４個の部品の内の一つのｘ、ｙ、θ方位を感知するように適合される。センサハ
ウジング３００は、電子回路基板３０２（図示されず）、およびハウジング３０
０に通じる開口部３２２を含む。開口部３０４は、少なくとも４つの部品に用い
られるように適合され、図６Ａは、ノズル３１４、３１６、３１８、３２０にそ
れぞれ固定された部品３０６、３０８、３１０、３１２を示す。

【００３３】 一般的には、開口部（スロット）３０４の幅は少なくとも８０ｍｍであり、１
７ｍｍの間隔で４つのノズルを収容するので、いずれのノズルも対角線の長さが
３５ｍｍの部品を操作することができる。コンデンサ（集光）光学系３２２は、
開口部３０４を通して投影される部品の影像をＣＣＤ検出器３２４上に形成し、
視界よりも狭い検出器３２４が使用されるのを可能にする。検出器３２４は、典
型的には、Ｓｏｎｙ ＩＬＸ ５１０ ＣＣＤアレイ検出器であり、それは、ピ
クセルのピッチおよび高さがそれぞれ７ミクロンの、５１５０ピクセルのリニア
アレイで構成される。全アレイ３２４の幅は約３６ｍｍである。

【００３４】 レーザダイオード、あるいは非干渉性の光源を含む任意の他の種類の光源が、
符号３２６の位置に配置され、平行にされた光を窓状のスロット３２６を通して
部品３０６〜３１２上に照射する。光源３２６からの光を遮断して形成される部
品の影は、レンズ系３２２を通って検出器３２４上に結像される。断面図６Ｂは
、２つの光学系窓３２８、３２９を含むセンサ３００の内部の側断面図であり、
それらの窓はハウジング３００内へ埃の粒子などが侵入するのを防止する。

【００３５】 図５に示される電子回路は、エンコーダコネクタ２０８が、図６Ａの４つのノ
ズル３１４〜３２０を駆動するモータから４チャネルの回転エンコーダ出力を受
信することを除いて、センサ３００にも適用される（４つのチャネルはそれぞれ
４つの部品３０６〜３１２の内の一つに対応する）。ＤＳＰ２３６は、表１に示
される基本的な命令の組を含む、影像取得、データ処理、捕捉・位置決めホスト
機との通信、およびセンサ３００の制御を実行する。センサ３００から報告され
る３つの有効な変数は、捕捉・位置決め機のｘあるいはｙ軸の部品の長辺の配列
に対応する回転角度θ、あらかじめ選択されたθ値での、部品の投影影像の中心
位置、およびあらかじめ選択されたθ値での部品の投影影像の幅である。

【００３６】 特に、中心の測定値は、部品の実際の中心点からの捕捉点（部品がノズルに固
定される時のノズルの中心点）のずれ量を決定する際に機械１０２で利用すると
有効である。また特に、検出器３２４上の影像が点ｘ_２とｘ_１との間にあるなら
ば、その中心点は、次式で求められる２点の平均値である。

【００３７】 ｃ＝｛（ｘ_２＋ｘ_１）−ｘ_０｝÷２ ここで、ｘ_０は、動作の最初にセンサの設置処理から得られる定数であり、ｘ_２ およびｘ_１は、検出器３２４上の部品の実際の影像から得られる値である。同様
に、部品の幅は点ｘ_２とｘ_１との差に等しく、これが捕捉・位置決め機に一旦報
告されると、位置決めされようとしている部品の部分の型式、測定されている部
分が正しい部分であるか、あるいは正しい部分が誤った辺で誤って捕捉されてい
るかを確認するのに有効である。

【００３８】 図６Ｃは、部品３１０が回転させられいている間の、検出器３２４上への投影
影像の幅のグラフである。影像幅のデータの点３３０〜３３８は、互いに異なる
角度θで収集され、その結果はオペレータインタフェース１２０を介してこのよ
うなグラフに表わされることができる。図６Ｃのグラフの最初の最小値は、部品
３１０の最小の寸法、ｗ_１（幅）に対応し、２番目の最小値は、同じ部品の最大
の寸法、ｗ_２（長さ）に対応する。

【００３９】 ＤＳＰは、所望に応じて、部品がある時とない時の、検出器上でのピクセルの
強度の差をとって、レーザの筋（stripe）の質を表わす信号を計算し、機械１０
２に送ることもでき、そのことによって、検出器の窓３２８、３２９上に埃やそ
の他の遮光物体が存在することを示すことができる。その情報は、センサ投影シ
ステム３００の適当な管理計画に役立つ。図６Ｄは、センサ３００の分解図であ
り、４つの部品を収納するのに充分な長さのスロット３２２を示す。センサ３０
０内の光学的部品は、図６Ｄでは、スロット３２２の右側に配置され、電子部品
および検出器は、スロット３２２の左側に配置される。

【００４０】 本発明において、ＤＳＰが果たす付加的な機能は、機械１０２からの所望の配
置信号とＤＳＰ２３６によって計算された方位情報との関数として、部品を位置
決めするために要求されるｘ、ｙ、およびθの移動補正値の量を表わす補正信号
を計算することである。本発明においては、独立型のセンサ３００と捕捉・位置
決め機１０２との間の直接通信に撚り線対を用いることが可能である。捕捉・位
置決め機１０２とセンサ１００との間の通信プロトコルは、現在も使用可能なレ
ーザ配列センサに用いられているものと類似であり、ＲＳ−２３２あるいはＲＳ
−４２２インタフェースを適当に使用することができるので、ある型式のセンサ
３００を、機械１０２から電子回路基板を取り外すことなく、他の型式のものに
交換することができる。

【００４１】 本発明の４チャネルシステムによって、センサ投影システムの保守と互換性が
改善される。本発明の互換可能なセンサによって、捕捉・位置決め機の不必要な
保守およびそれに関連する不稼動期間が回避され、複合投影式センサは、製品に
関わらず、単にセンサを取換えて、センサからのケーブルを捕捉・位置決め機の
外部にあるコネクタに接続するだけで交換（swapped in and out）することがで
きる。

【００４２】 本発明を好ましい実施例によって説明してきたが、本発明の精神や範囲を逸脱
することなく詳細や形式上の変更が可能なことは、当業者には理解できるであろ
う。例えば、センサや捕捉・位置決め機の光学的な部分に対するわずかな変更だ
けでなく、電子回路の構成に対する非本質的な変更も、本発明の本質を変更する
ことではない。最後に、本発明は、捕捉・位置決め機の分野にのみ用いられるも
のではなく、投影式センサを利用する、表面輪郭の決定、プリント回路検査シス
テム、ハンダペースト検査システム、一般的な部品位置決めシステム、映像補助
レーザトリミングシステム、および最終組立検査システムにも用いられることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 センサヘッド、制御モジュール、および捕捉・位置決め機の従来技術のブロッ
ク図である。

【図２】 レーザ・アライン（LaserAlign：登録商標）センサの動作方法の概略図であり
、光線の中で回転する部品と検出器上に見られる当該部品の影を示す。

【図３】 本発明のセンサ、捕捉・位置決め機、および部品の間に形成された制御ループ
のブロック図である。

【図５】 本発明のセンサ内の電子回路の詳細なブロック図である。

【図６Ａ】 本発明の４チャネルセンサの機械的配置の概略図である。

【符号の説明】

４０…部品、５０…外部センサヘッド、５２…光源、５４…検出器、１００…
投影式センサ、１０２…捕捉・位置決め機、１０４…ケーブル、１０６…電源ケ
ーブル、１０８…動作制御システム、１１０…電源、１２０…オペレータインタ
フェース、１２２…プロセッサ、１２４…中央バス、２００…部品、２０２…ノ
ズル

───────────────────────────────────────────────────── 【要約の続き】 ータおよび部品の多数の影像から計算され、それらの影 像は、ノズル（２０２、３１４、３１６、３１８、３２ ０）の回転角度θで収集される。ＵＡＲＴ（２３８） は、捕捉・位置決め機（１０２）に補正信号を順次に送 り、その信号は部品（２００、３０６、３０８、３１ ０、３１２）をプリント回路基板上に正確に位置決めす るのに用いられる。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上の所望の位置に部品を配置する方法であって、 ａ）捕捉・位置決め機上のノズルで部品を捕捉する段階、 ｂ）所望の位置の関数として、部品を基板の方へ運ぶ段階、 ｃ）センサ内で、ノズルに関する部品の方位を感知し、補正指示を計算す
   る段階、 ｄ）補正指示を捕捉・位置決め機へ伝える段階、および ｅ）補正指示の関数として、部品を位置決めする段階を含む方法。
2. 【請求項２】 基板上の所望の位置に部品を配置する方法であって、 ａ）捕捉・位置決め機上のノズルで部品を捕捉する段階、 ｂ）検査のための固定位置ステーションに部品を運ぶ段階、 ｃ）センサ内で、ノズルに関する部品の方位を感知し、補正指示を計算す
   る段階、 ｄ）補正指示を捕捉・位置決め機へ伝える段階、および ｅ）補正指示の関数として、部品を位置決めする段階を含む方法。
3. 【請求項３】 捕捉・位置決め機への補正信号を生成し、捕捉・位置決め機のノズル上に固定
   的に搭載されたセンサであって、 ノズルの回転位置についての回転データを受信するように捕捉・位置決め
   機に接続された受信回路、 ノズルに固定された部品の位置を検出し、部品の位置を表わす位置信号を
   発生するための光学系および検出用電子回路、および 回転データの関数として光学系からの位置信号を処理し、捕捉・位置決め
   機に補正信号を出力する信号処理回路を含むセンサ。
4. 【請求項４】 光が部品に照射されている間に、多数の回転位置に部品を回転するように適応
   されたノズルに、取り外し可能に取りつけられた部品の位置を感知するためのセ
   ンサであって、センサが、 ハウジング、 ハウジング内にあって光を受け、部品の輪郭を表わす出力を供給する検出
   器、 ハウジング内にあって、ノズルの回転位置を表わす出力を供給するエンコ
   ーダに接続された受信回路、および ハウジング内にあって、エンコーダからの出力と検出器からの出力との関
   数として、多数の回転位置での輪郭の幅を計算するように適応され、部品の幅が
   最小値になる時にエンコーダの出力値を供給する計算回路を含むセンサ。
5. 【請求項５】 センサが、さらに光源を含む請求項４のセンサ。
6. 【請求項６】 光源が実質上可干渉性の光を出力する請求項５のセンサ。
7. 【請求項７】 光源がダイオードである請求項５のセンサ。
8. 【請求項８】 光源がレーザダイオードである請求項５のセンサ。
9. 【請求項９】 光源が実質的に非干渉性の光を出力する請求項５のセンサ。
10. 【請求項１０】 モータエンコーダがハウジングの外部に配置された請求項４のセンサ。
11. 【請求項１１】 計算回路がデジタル信号処理回路である請求項４のセンサ。
12. 【請求項１２】 計算回路が、さらにセンサの較正および構成に関する定数を記憶するＥＥＰＲ
    ＯＭを含む請求項１１のセンサ。
13. 【請求項１３】 さらに、計算回路に接続されたＵＡＲＴを含み、ＵＡＲＴが部品の物理的な位
    置を表わす情報を順次に伝送する請求項４のセンサ。
14. 【請求項１４】 ハウジングが少なくとも１つの追加の部品を受け入れるように適合され、その
    部品が追加のノズルに取り外し可能に取りつけられる請求項４のセンサ。
15. 【請求項１５】 ハウジングが４つの部品を受け入れるように適合された請求項４のセンサ。