JP2007221074A - 部品実装装置のコプラナリティ検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】検査対象に応じて柔軟な対応を行なって、検査対象部品の範囲を広げると共に、検査処理時間を削減してタクトタイムの向上を図ることのできる部品実装装置のコプラナリティ検査装置を提供する。
【解決手段】吸着された部品８を撮像し、その撮像データから部品８を位置決めして基板上に実装する部品実装装置で、吸着された部品８のリード浮きやバンプ高さを測定するための部品実装装置のコプラナリティ検査装置３０において、部品８にライン光４３を投光する際に、部品８とライン光４３の投光ユニット３６の移動を共に停止して撮像する停止撮像モードと、相対移動しながら撮像する移動撮像モードを選択可能とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、部品実装装置のコプラナリティ検査装置に係る。特に、電子部品実装装置に用いるのに好適な、吸着された部品を撮像し、その撮像データから部品を位置決めして基板上に実装する部品実装装置で、吸着された部品のリード浮きやバンプ高さを測定するための部品実装装置のコプラナリティ検査装置に関する。

電子部品をプリント基板に実装する電子部品実装装置において、ＱＦＰ、コネクタ等のリード浮き検査、あるいは、ＢＧＡ等のボール高さ検査等を検査する装置として、コプラナリティ（平面度）検査装置が用いられている。このコプラナリティ検査装置の高さを測定する方法として、特許文献１に記載されているように、検査対象となる電子部品を吸着した電子部品実装装置のヘッドを停止させた状態で、下方にあるコプラナリティ検査装置の投光ユニットを移動させて検査する方法が知られている。

特許文献１では、電子部品の下方にある投光ユニットを移動させながら、電子部品にレーザ平行光を当てて走査し、ＣＣＤカメラによって撮像を行ない、取り込んだ３次元データから画像処理を行なって高さデータを求め、測定対象となる電子部品の良否を判断している。

特開２００１−６０８００号公報

しかしながら、従来のコプラナリティ検査装置では、投光ユニットを移動させながら被測定部品にレーザ平行光を照射させるため、１回の照射時間は数十μ秒以内に限定され、特にリード端子が鏡面に近い部品では、十分な拡散反射光が得られない。又、従来のコプラナリティ検査装置では、常に撮像可能エリア全体の画像データを取り込んで処理するため、コネクタ等の検査対象が狭いエリアに限定される部品であっても、撮像したエリア全体のデータを撮像素子から取り込み、画像処理を行なうため、無駄な転送時間がかかり、処理タクトを上げることができない等の問題点を有していた。

本発明は、前記従来の問題点を解消するべくなされたもので、検査対象に応じて柔軟な対応が可能であり、検査対象部品の範囲を広げると共に、検査処理時間を削減してタクトタイムの向上を図れるようにすることを課題とする。

本発明は、吸着された部品を撮像し、その撮像データから部品を位置決めして基板上に実装する部品実装装置で、吸着された部品のリード浮きやバンプ高さを測定するための部品実装装置のコプラナリティ検査装置において、部品にライン光を投光する際に、部品とライン光の投光ユニットの移動を共に停止して撮像する停止撮像モードと、相対移動しながら撮像する移動撮像モードを選択可能として、前記課題を解決したものである。

又、前記ライン光の投光時間を、対象部品に応じて変更可能としたものである。

又、前記撮像時に撮像素子の撮像エリアを選択し、データ処理に必要な撮像エリアの部分のみのデータを読み込めるようにしたものである。

本発明においては、部品とライン光の投光ユニットの移動を共に停止して撮像する停止撮像モードと、相対移動しながら撮像する移動撮像モードを選択可能としたので、リード端子が鏡面に近く拡散反射光が少ない部品であっても、停止撮像モードとして、十分な光レーザ照射時間をとって拡散反射光量を確保することができ、検査対象部品の範囲を広げることができる。又、停止撮像モードでは、部品や投光ユニットが移動している時の撮像画像ぶれが抑えられるため、測定精度を上げる効果も期待できる。

特に、ライン光の投光時間を、対象部品に応じて変更可能とした場合には、レーザ光照射時間と撮像シャッター時間の調整により、検査対象部品の範囲を更に広げることができる。

又、撮像時に撮像素子の撮像エリアを選択し、データ処理に必要な撮像エリアの部分のみのデータを読み込めるようにした場合には、リード浮きあるいはボール高さ測定を行うときに、ＢＧＡのような部品全体エリアでのボール高さの撮像データが必要な場合には従来のように撮像エリア全体のデータ転送を行い、コネクタのように一辺のみのリード高さの撮像データが必要な場合には撮像素子からの部分読み出し機能を使ってデータ転送時間を短くして、コプラナリティ検査時間を短縮し、タクトタイムを向上することができる。更に、投光ユニットの移動を停止したために生じる撮影時間の増加を相殺することもできる。

以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。

本発明が適用される電子部品実装装置は、図１に示す如く構成されている。図において、６は、電子部品８が搭載されるプリント基板、８は、電子部品実装装置１０でプリント基板６上に実装される電子部品、１２は、電子部品８が載っているトレー、１４は、該トレー１２上に載った電子部品８を自動供給する部品供給部としてのトレー供給部、１６は、実装時に電子部品８をトレー１２から吸着するヘッド部、１８は、該ヘッド部１６をＸ軸方向に移動させるための、ＸＹロボットの一部を構成するＸ軸側のロボット（以下Ｘ軸ロボットと称する）、２０ａ、２０ｂは、前記ヘッド部１６をＸ軸ロボット１８と共にＹ軸方向に移動させるための、ＸＹロボットの一部を構成するＹ軸側のロボット（以下、Ｙ軸ロボットと称する）、２２は、前記ヘッド部１６に吸着された電子部品８の下方からの平面画像を撮影して、電子部品搭載時の位置決めを行なうための部品撮像装置、３０は、電子部品８の３次元計測を行なって、リードの浮きやボールの高さ等を検査するためのコプラナリティ検査装置である。

以下、電子部品実装装置１０の動作を説明する。

トレー１２に載っている電子部品８がヘッド部１６で吸着され、部品撮像装置２２によって、電子部品８の平面画像が取り込まれる。部品撮像装置２２によって得られた画像はソフトウェア処理して、電子部品８の平面的なリード曲り検査及び位置ずれ補正計算を行ない、位置決め情報に従って、電子部品８がプリント基板６の上の所定の位置に装着される。

リード浮き検査及びボールの高さ検査を行なう場合には、位置決め情報に従って、コプラナリティ検査装置３０の上に電子部品８を移動し、コプラナリティ検査装置３０によって、電子部品８の３次元画像が取り込まれ、画像をソフトウェア処理して、リード浮き検査及びボールの高さ検査を行なう。電子部品８のリード浮きあるいはボール高さの値が、予め設定されている許容範囲内で検査に合格した場合、電子部品８はプリント基板６の上の所定の位置に装着され、検査に不合格の場合はエラー処理が実施される。

図２に、本発明に係るコプラナリティ検査装置３０の実施形態の構成を示す。

図において、３２はレーザダイオード（ＬＤ）、３４はコリメートレンズ、３６は、フォーカスレンズ３８、投光ミラー４０及びラインジェネレータレンズ４２を含む投光ユニット、４４は、該投光ユニット３６を矢印Ａに示す方向に駆動するためのリニアアクチュエータである例えば超音波リニアモータ、４６はＣＣＤカメラである。

このコプラナリティ検査装置３０において、光源であるレーザダイオード３２の光は、コリメートレンズ３４で集光されて平行光となる。この平行光は、フォーカスレンズ３８によりスポット光となるように絞り込まれ、投光ミラー４０により垂直軸と４５°の角度をなすように曲げられる。そして、この曲げられた光路の直ぐ後ろに置かれたラインジェネレータレンズ４２は、入射光を例えば幅３０μｍ、長さ４０ｍｍのライン光４３にして、被測定物である電子部品８に投光する。電子部品８からの拡散反射光は、ＣＣＤカメラ４６によって撮像される。リニアモータ４４のシャフトには、投光ユニット３６が取り付けられており、リニアモータ４４の作用により、投光ユニット３６は、矢印Ａの方向に前後直線運動をする。

図３に、前記コプラナリティ検査装置３０の制御系の全体構成をブロックで示す。この検査装置３０は、例えばＬＡＮボード５０を通じて部品実装制御部２４と通信を行なう。レーザコントロールボード５２は、レーザドライバ（基板）５４を介したレーザダイオード３２の点灯制御、及び、モータドライバ５６を介したリニアモータ４４の駆動制御を行なう。これらの制御は、リニアモータ４４に設けられた位置エンコーダ５８の信号を、位置エンコーダアンプ６０を介して取り込んで行なう。ＣＣＤカメラ４６で撮像された画像は、画像キャプチャボード６２で取り込まれ、ＰＣＩバス６４を通してＰＣマザーボード６６のメモリに送られる。

図４は、前記レーザコントロールボード５２の詳細ブロック図である。位置カウンタ７０は、位置エンコーダアンプ６０からの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ない、リニアモータ４４の位置情報が出力される。ＣＣＤトリガデコーダ７２は、位置カウンタ７０からのリニアモータ４４の位置情報により、ＣＣＤカメラ４６の画像取込位置に来たら画像取込信号を発生し、ワンショットマルチバイブレータ７４は、その信号を受けて一定のパルス幅の信号を出力する。同期タイミング発生器７６は、ワンショットマルチバイブレータ７４のパルスを受けて、内部で発生する水平同期信号ＨＤに立上り又は立下りタイミングを合わせた垂直同期信号ＶＤを発生する。このＨＤ、ＶＤ信号は、ＣＣＤカメラ４６に入力されて、レーザ走査に合わせた画像取込みが行なわれる。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カメラ４６のリセット、画像読出しを行なうモードである。

比較器７８には、位置カウンタ７０からリニアモータ４４の位置情報が入力されると共に、ＣＰＵ８０よりレーザダイオードＯＮ位置信号が入力される。この２つの入力が一致したら、ワンショットマルチバイブレータ８２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（基板）５４に伝えられ、レーザダイオード３２がパルス点灯する。同時に比較器７８の出力は、一致Ｆ／Ｆ８４をセットし、その出力はＣＰＵ８０に伝えられ、レーザダイオードＯＮ位置を既に通過したことがＣＰＵ８０に伝えられる。一致Ｆ／Ｆ８４のリセットは、ＣＰＵ８０により比較器７８へのレーザダイオードＯＮ位置出力と同時に行なわれる。

これにより、１つの画面内に複数のレーザライン光を引く場合には、まず第１のレーザダイオードＯＮ位置を比較器７８に入力し、同時に一致Ｆ／Ｆ８４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３２をパルス点灯し、一致Ｆ／Ｆ８４の出力がＨレベルに変わったら、ＣＰＵ８０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／Ｆ８４をリセットする。第２のレーザダイオードＯＮ位置でレーザダイオード３２をパルス点灯し、一致Ｆ／Ｆ８４出力がＨレベルに変わったら、ＣＰＵ８０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／Ｆ８４をリセットする。これらを１画面内のレーザライン光の本数分だけ繰り返す。

Ｄ／Ａ変換器９０は、ＣＰＵ８０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（基板）５４に伝える。本発明では、シリアルインターフェイス８８を介してＣＰＵ８０に入力される指令により、測定対象物に応じたレーザパワーの調整が可能である。

ＣＰＵ８０からモータドライバ（基板）５６へは、起動／停止、正転／逆転、リセット指令、及び、Ｄ／Ａ変換器８６を介して移動速度指令信号が出力され、レーザライン光走査を行なう。

レーザコントロールボード５２のＣＰＵ８０は、ＰＣＩバス６４及びシリアルインターフェイス８８を介して、ＰＣマザーボード６６より、レーザライン光走査スタート幅、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、投光ユニット停止等の指令を受け、逆に、ＣＰＵ８０からはレーザライン光走査終了、各種のエラーメッセージ等をＰＣマザーボード６６に伝える。

図５に、ＢＧＡのボール高さ測定における、（Ａ）走査位置と（Ｂ）取込み画像の例を示す。投光ユニット３６を移動しながら、ボール位置（図の例では７箇所）でレーザの平行光を当てる。走査中はＣＣＤカメラ４６のシャッターを開けておき、走査終了後にシャッターを閉じる。撮像後にＣＣＤカメラ４６の撮像素子から全画面のデータを読み込むと、図５（Ｂ）に示すような画像が取得でき、高さ測定の画像処理を実施することによって、個々のボール高さからコプラナリティ検査が可能となる。

図６に、ＣＣＤカメラ４６の撮像素子から部分読出し（図６（Ａ）は１／２読出し、図６（Ｂ）は１／３読出し）を実施した場合のイメージ図を示す。このように部分読出しを実施することにより、データの転送時間の短縮が可能となる。

図７は、投光ユニット３６の移動を停止した状態で、図７（Ａ）に示す如く、コネクタのリード部分１箇所にレーザの平行光を当てて撮像した例で、撮像後は、カメラの撮像素子から部分読出し機能を利用して、図７（Ｂ）に示す如く、全撮像面積の１／１０位のデータを取り込み、画像処理を実施することにより、コネクタのリード浮き検査を実施することができる。

以上説明したように、リード浮きあるいはボール高さ検査を行なうときに、図５に例示するＢＧＡのように、部品全体エリアでのボール高さの撮像データが必要な場合には、撮像エリア全体のデータ転送を行ない、一方、図７に例示するコネクタのように、一辺のみのリード高さの撮像データが必要な場合には、図６に例示したような撮像素子からの部分読出し機能を使って、データ転送時間を短くし、コプラナリティ検査時間を短縮することができる。

又、検査対象部品のリード端子が鏡面に近い部品の場合は、ヘッド部１６と投光ユニット３６の両者を共に停止した停止撮像モードで、検査対象部品８へのレーザ光照射と撮像を行なう。レーザ光照射時間と撮像シャッター時間の調整により、鏡面に近いリード端子であっても、十分な拡散反射光が得られるため、検査対象の部品種を拡大できる。又、停止撮像モードでは、電子部品８や投光ユニット３６が移動しているときの撮像画像ぶれが抑えられるため、測定精度を上げることもできる。

なお、ＱＦＰのように、四辺のリード浮き検査を実施する場合には、（１）図５に示したようにコプラナリティ検査装置３０の投光ユニット３６を移動させながらレーザ光を照射して全面を撮像する方法と、（２）図８に示す如く、コネクタの場合と同様に、実装装置のヘッド部１６とコプラナリティ検査装置３０の投光ユニット３６のいずれも停止してリードの一辺（図では下辺）を撮像し、ヘッド部１６を平行移動した後、停止して、次の辺（図では上辺）を撮像し、次いで、ヘッド部１６のノズルによりＱＦＰを９０°回転した後、停止して撮像し、更にヘッド部１６のノズルを平行移動した後、停止して、最後の辺を撮像する方法がある。本実施形態によれば、検査時間又は測定精度の優先度によって、どちらの測定モードも選択できる。

なお、前記実施形態においては、リニアモータ４４により投光ユニット３６を移動するようにされていたが、部品と投光ユニットを相対移動する方法は、実施形態に限定されない。

本発明が適用される電子部品実装装置の全体構成を示す斜視図 電子部品実装装置で用いられているコプラナリティ検査装置の実施形態の構成を示す光路図 同じく制御系の構成を示すブロック図 同じくレーザコントロールボードの詳細構成を示すブロック図 本発明によりＢＧＡボール高さ測定を行なっている状態を示す（Ａ）走査位置の平面図及び（Ｂ）取込み画像を示す図 同じくＣＣＤ撮像素子の部分読出しを行なっている状態を示す図 同じく部分取込み画面でコネクタリード浮き測定を行なっている状態を示す（Ａ）側面図及び（Ｂ）取込み画像を示す図 同じくヘッドの移動によりＱＦＰ四辺の計測を行なっている状態を説明するための平面図

符号の説明

６…プリント基板
８…電子部品
１０…電子部品実装装置
１６…ヘッド部
３０…コプラナリティ検査装置
３２…レーザダイオード（ＬＤ）
３４…コリメートレンズ
３６…投光ユニット
３８…フォーカスレンズ
４２…ラインジェネレータレンズ
４３…ライン光
４４…リニアモータ
４６…ＣＣＤカメラ

Claims (3)

1. 吸着された部品を撮像し、その撮像データから部品を位置決めして基板上に実装する部品実装装置で、吸着された部品のリード浮きやバンプ高さを測定するための部品実装装置のコプラナリティ検査装置において、
   電子部品にライン光を投光する際に、部品とライン光の投光ユニットの移動を共に停止して撮像する停止撮像モードと、相対移動しながら撮像する移動撮像モードを選択可能とされていることを特徴とする部品実装装置のコプラナリティ検査装置。
2. 前記ライン光の投光時間を、対象部品に応じて変更可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置のコプラナリティ検査装置。
3. 前記撮像時に撮像素子の撮像エリアを選択し、データ処理に必要な撮像エリアの部分のみのデータを読み込めるようにされていることを特徴とする請求項１に記載の部品実装装置のコプラナリティ検査装置。