JP2007251117A - 電子部品の端子高さ計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】電子部品の位置が誤ってずれていても、電子部品の高さ計測を可能とする、端子高さ計測方法を提供する。
【解決手段】電子部品８にレーザをパルス点灯させたライン光を走査して、光切断法により端子９の高さを計測するための電子部品８の端子高さ計測方法において、レーザの連続点灯により電子部品８の端子９の位置を取得して、その位置情報から端子高さを計測するためのレーザ点灯位置補正を行なう。
【選択図】図６

Description

本発明は、電子部品の端子（リードとも称する）高さ計測方法に係る。特に、移載ヘッド（搭載ヘッドとも称する）に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プリント基板上に実装する電子部品実装装置で、移載ヘッドに吸着された電子部品のリード浮きを検査する際に用いるのに好適な、電子部品の端子高さ計測方法に関する。

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は、特許文献１や２に記載されているように、図１に例示する如く構成されている。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、例えば超音波リニアモータでなるリニアアクチュエータ、４６はＣＣＤカメラであり、前記ラインジェネレータレンズ４２で生成されたライン光４３ａが、電子部品実装装置の移載ヘッド１６のノズル１７に吸着された電子部品８に下方から照射され、反射光４３ｂがＣＣＤカメラ４６で撮像される。

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４３ａ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からの反射光４３ｂは、ＣＣＤカメラ４６によって撮像される。リニアアクチュエータ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、リニアアクチュエータ４４の作用により、投光ユニット３６は、矢印Ａの方向に前後直進運動をする。

このようなコプラナリティ検査装置３０を、図２に示す如く電子部品実装装置１０に取り付け、図３に示すように移載ヘッド１６のノズル１７に電子部品８を吸着してプリント基板６に移載する途中において、この電子部品８をコプラナリティ検査装置３０の計測位置に傾き無く位置せしめ、このコプラナリティ検査装置３０から電子部品８の端子（リード）９の先端付近に向けてレーザをパルス点灯させたライン光４３ａを照射することにより、その反射光４３ｂをＣＣＤカメラ４６で撮像して、光切断法により、各々の端子９の基準面Ｓからの高さＺｉを検出していた。図３において、Ｋは、例えば所定の３つの端子の先端を結ぶ面で構成される仮想平面、Ｚｏは、該仮想平面Ｋの高さである。

具体的には、図４に示すように、ライン光４３ａを斜め下から被測定物（ここでは電子部品８の端子９）に向けて投光し、鉛直方向下側に配置したＣＣＤカメラ４６により、高さの差Ｚにより発生するライン光の当たる位置Ａ、Ｂの差を、端子９の高さの変化分Ｚとして測定する。

図２において、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、１８は、移載ヘッド１６をＸ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は前記移載ヘッド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、前記移載ヘッド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である。

特開平１１−１８３１４９号公報 特開２００１−１２７４９８号公報

従来の高さ計測は、コプラナリティ計測装置３０の計測範囲中心と、移送されてきた電子部品８の中心とが同一であるという前提から端子９の位置を算出して、レーザをパルス点灯させ、ライン光４３ａを照射していた。端子位置の算出は、予め受け取っていた計測対象電子部品８の寸法データから算出する。しかしながら、電子部品８をコプラナリティ計測装置３０上に移送するＸＹロボットの精度により、微妙に端子位置がずれることがある。すると、図５に示すように、期待している端子先端部位置にライン光４３ａが照射されず、端子９に当たらないで抜けてしまうことがあり、計測できない。あるいは、反射位置がリードの根元方向にずれて精度が悪くなる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、電子部品の位置が誤ってずれていても、端子高さの計測を可能とすることを課題とする。

本発明は、電子部品にレーザをパルス点灯させたライン光を走査して、光切断法により端子の高さを計測するための電子部品の端子高さ計測方法において、レーザの連続点灯により電子部品の端子位置を取得して、その位置情報から端子高さを計測するためのレーザ点灯位置補正を行なうようにして、前記課題を解決したものである。

なお、レーザの連続点灯により電子部品の端子の水平方向位置を取得し、該水平方向位置と目標の水平方向位置とのずれの情報に基づいて前記端子高さを計測するためのレーザ点灯位置補正を行なうようにしてもよい。

又、レーザの連続点灯により電子部品の端子の鉛直方向位置を取得し、該鉛直方向位置と目標の鉛直方向位置とのずれの情報に基づいて前記端子高さを計測するためのレーザ点灯位置補正を行なうようにしてもよい。

本発明によれば、図６のように、高さ計測前に端子９の先端付近にレーザ光を連続点灯させて端子先端部の位置を算出し、この位置と、ずれが無いときの理論上の位置とのずれ量を取得して、従来の高さ計測を行なうときに、ずれが無いときの理論上のライン光照射位置にずれ量を加味して計測を行なうようにしたので、電子部品の位置が誤ってずれていても、端子高さ計測が可能となる。

特に、電子部品を測定位置に移送して測定を行うが、ＸＹロボットの精度により目標の水平方向位置と鉛直方向位置のずれが生じる。

そこで、レーザ光を連続点灯させて端子の水平方向位置を算出し、この水平方向位置と目標の水平方向位置とのずれ量を取得して高さ計測を行うときに、ライン光照射位置にずれ量を加味して計測を行うようにしたので、電子部品の位置が水平方向に誤ってずれていても、端子高さ計測が可能となる。

又、レーザ光を連続点灯させて端子の鉛直方向位置を算出し、この鉛直方向位置と目標の鉛直方向位置とのずれ量を取得して高さ計測を行うときに、ライン光照射位置にずれ量を加味して計測を行うようにしたので、電子部品の位置が鉛直方向に誤ってずれていても、端子高さ計測が可能となる。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して、本発明に係る第１実施形態を詳細に説明する。

図７に、従来の処理手順（Ａ）と本発明の実施形態による処理手順（Ｂ）を比較して示す。

従来は、図７（Ａ）に示す如く、ステップ１００で高さ計測用レーザ照射位置を計算した後、ステップ１０２で直ちにレーザをパルス点灯させてライン光の照射を行ない、ステップ１０４で高さ計測を行なっていた。

これに対し、本発明追加後は、図７（Ｂ）に示す如く、まずステップ１００で連続点灯用レーザ照射位置を計算し、ステップ１０２でレーザを連続点灯して、ステップ１０４で端子位置を算出し、ステップ１０６でずれ量を取得した後、従来と同じステップ１１０で高さ計測用レーザ照射位置計算を行ない、計算されたレーザ照射位置にステップ１０６で計算したずれ量をステップ１１２で加算し、ステップ１２０でレーザをパルス点灯させてライン光４３ａを照射した後、ステップ１３０で高さ計測を行なうようにしたものである。

具体的には、部品撮像装置２２の撮像結果に基づいてコプラナリティ計測装置３０の計測範囲中心（ＣＣＤカメラ４６の視野中心）に電子部品８の中心が一致し、ＣＣＤカメラ４６のセルの配列方向と電子部品８の端子９の並び方向とが一致するように電子部品８が移送されるから、コプラナリティ計測装置３０は、前述したように電子部品寸法データから、端子９のあるべき位置が予め分かっているので、電子部品下方から見た図８のように、端子先端位置の前後をカバーする範囲でレーザを連続点灯する。この範囲は、ＸＹロボットの精度により設定する。なお、電子部品８の高さは、その端子９がＣＣＤカメラ４６の焦点位置となっている。

連続点灯は、図８のＱＦＰのように、左辺のみを連続点灯させても、右辺のみを連続点灯させても、左辺と右辺を両方共連続点灯させても良い。又、上下辺の左端、又は、右端を連続点灯させて、位置を算出しても良い。

端子先端位置（電子部品８の端子９の水平方向位置）の算出は、連続点灯画像を用いて、図９のように行なう。図９は、連続点灯画像の一部を切り取り、左回りに９０°回転させた図である。

具体的には、図９（Ａ）に示す如く、端子９があるべき位置のデータ群である塊データ２００を見つけて、その最大高さを取得する。

次に、図９（Ｂ）に示す如く、その高さを含めて複数画素（図９（Ｂ）では２画素）以内のデータのみ残して、他のデータを削除し、残りのデータの各重心を取得して、その平均を先端位置とすることにより、ノイズの影響を除く。なお、各最大高さの平均を先端位置としても良い。

以上のようにして求めた実際の端子先端位置（水平方向位置）と本来あるべき端子先端位置（目標の水平方向位置）とのずれ量（ずれの情報として図１０のステップ２０６に示される如く水平方向のずれ量）を算出し、このずれ量を、ライン光照射時の照射位置に加味して、レーザをパルス点灯し、従来通りの計測を行なうことで、電子部品の水平方向位置ずれがあっても、コプラナリティ計測が可能となる。

（第２実施形態）
次に、本発明に係る第２実施形態を詳細に説明する。

第２実施形態は、特に、電子部品８の水平方向のずれが無いという前提下において電子部品８の端子の「鉛直方向位置」を取得し、該鉛直方向位置と目標の鉛直方向位置とのずれの情報に基づいて端子高さを計測するためのレーザ点灯位置補正を行ない、電子部品８の端子高さを測定する。

以下、図１１〜１３に基づき、このずれの情報を取得する本実施形態の原理について説明する。

部品撮像装置２２の撮像結果に基づいてコプラナリティ計測装置３０の計測範囲中心（ＣＣＤカメラ４６の視野中心）に電子部品８の中心が一致し、ＣＣＤカメラ４６のセルの配列方向と電子部品８の端子９の並び方向とが一致し、ＣＣＤカメラ４６の焦点位置に電子部品８の端子９が位置するように電子部品８が移送されて、以下のように電子部品８の端子の鉛直方向位置に関するずれの情報を検出する。

図１１は、電子部品の位置が鉛直方向にずれていない場合における反射光の様子を示す説明図である。

今、図１１に示される如く、レーザ連続点灯により、水平方向のずれが無いと見なすことのできる位置に保持された電子部品８の端子９の先端付近に対し、垂直軸と４５°の角度をなすライン光５０ａを一定幅Ｌ０に走査して照射したとする。例えば、電子部品８の端子フット部（プリント基板６に接する部分）９ａが０．５ｍｍであるとき、その端子９の先端があると推測される位置を中心として±０．３ｍｍ（Ｌ０／２＝０．３ｍｍ）の幅でレーザ連続点灯を行う。このとき、図１１に示される場合のように電子部品８の位置は鉛直方向にずれていないという前提であるので、端子９の先端付近で反射した光５０ｂの走査方向に対する幅である端子反射光幅Ｌ１、Ｌ２は０．３ｍｍとなり、一定幅Ｌ０の２分の１となる。これが目標の鉛直方向位置に対応する。なお、目標の鉛直方向位置、即ち、本来あるべき位置は、前述したように電子部品寸法データ等から予め分かっている。

図１１のような電子部品８の位置が鉛直方向にずれていない場合に対し、図１２に示される如く、電子部品８の位置が上方にずれている場合は、図中左側の端子９の先端付近の端子フット部９ａから反射してくる光５０ｂの端子反射光幅Ｌ３はＬ１に比べ長くなり、図中右側の端子フット部９ａから反射してくる光の端子反射光幅Ｌ４はＬ２に比べ短くなる。これら端子反射幅Ｌ３、Ｌ４の取得が、電子部品８の端子９の鉛直方向位置を取得することに対応する。

これら端子反射光幅Ｌ３、Ｌ４と、電子部品８の位置が鉛直方向にずれていない場合の端子反射光幅Ｌ１、Ｌ２との各々の差Ｌ３−Ｌ１、Ｌ２−Ｌ４、又は、これらの平均（（Ｌ３−Ｌ１）＋（Ｌ２−Ｌ４））／２が、ノズル１７により保持された電子部品８の端子９の鉛直方向位置と目標の鉛直方向位置とのずれの情報（ずれ量）に対応する。

図１３に示される如く、電子部品８の位置が下方にずれている場合には、図面左側の端子反射光幅Ｌ５はＬ１に比べて短くなり、同右側の端子反射光幅Ｌ６はＬ２に比べて長くなり、これらの差Ｌ１−Ｌ５、Ｌ６−Ｌ２、又は、これらの平均（（Ｌ１−Ｌ５）＋（Ｌ６−Ｌ２））／２が、ノズル１７により保持された電子部品８の端子９の鉛直方向位置と目標の鉛直方向位置との鉛直方向のずれ量に対応する。

次に、本実施形態による処理手順について図１４の処理手順に基づいて説明する。

まず、ステップ３００で連続点灯用レーザ照射位置を計算する。特に、電子部品８の一方の辺側にある端子９だけではなく、電子部品８のモールド部に対して反対側の辺にある端子９に対しても、レーザ照射位置を計算する。

照射位置が定まったら、ステップ３０２で電子部品８の両辺の側にある端子９の先端付近に対し一定幅Ｌ０のレーザ連続点灯を行う。

次に、ステップ３０４で電子部品８の両辺の側からの反射光５０ｂを撮像し、端子位置算出として、レーザ連続点灯の走査方向における反射光５０ｂの幅である端子反射光幅を取得する。具体的には、図１２のように電子部品８の位置が上方にずれている場合は、２つの端子反射光幅Ｌ３、Ｌ４を取得する。

ここで、仮に、図１５の示される如く、電子部品８の位置が、鉛直方向に大きくずれ、２つの端子反射光幅が取得できない場合、即ち、電子部品８の右側の端子９からは反射光５０ｂを取得できなく、１つの端子反射光幅Ｌ７しか得られない場合には、例えば、差Ｌ７−Ｌ１分だけ照射位置を、図中左に補正する。この補正後、再度、ステップ３０２のレーザ連続点灯の段階に戻るリトライ処理をすることで電子部品８の位置が大きくずれている場合に対処する。電子部品８の位置が下方に大きくずれている場合にも同様にして対処する。

２つの端子反射光幅を取得したならば、ステップ３０６で、電子部品８の端子９の鉛直方向位置と目標の鉛直方向位置との鉛直方向のずれ量を取得する。具体的には、このずれ量については、図１２のように電子部品８の位置が上方にずれている場合は、差Ｌ３−Ｌ１、Ｌ２−Ｌ４、又は、これらの平均（（Ｌ３−Ｌ１）＋（Ｌ２−Ｌ４））／２であり、図１３のように電子部品８の位置が下方にずれている場合は、差Ｌ１−Ｌ５、Ｌ６−Ｌ２、又は、これらの平均（（Ｌ１−Ｌ５）＋（Ｌ６−Ｌ２））／２である。

以上のように、保持された電子部品８の端子９の鉛直方向位置と目標の鉛直方向位置との鉛直方向ずれ量を取得したら、ステップ３１２で、この取得した鉛直方向のずれ量を加算、即ち、照射位置を水平方向に補正することで、ずれの情報に基づく端子高さを計測するためのレーザ点灯位置補正を行う。補正後は、第１実施形態と同様に高さ計測を行う。

以上、本実施形態により、保持された電子部品８の端子９の鉛直方向位置と目標の鉛直方向位置との鉛直方向のずれ量分、端子高さ計測時のレーザ点灯位置を補正（図１２では左方向に補正）するため、電子部品８の端子９の鉛直方向位置が誤ってずれていたとしも、高さ計測におけるレーザ照射の際、正確に端子９の部分に照射することができる。

又、２つの端子反射光幅の差の平均値、例えば、（（Ｌ３−Ｌ１）＋（Ｌ２−Ｌ４））／２を用いた場合、電子部品８が多少傾いていても、傾きをキャンセルすることができる。

なお、端子反射光幅Ｌ１〜Ｌ７を求める場合、図９（Ｂ）に示される如く、端子９の先端位置と、図９（Ａ）に示されている連続点灯画像の基端位置（端子９の基端側）との差から算出してもよい。

この場合、電子部品８の一方の辺の側にある端子９から算出される全ての端子反射光幅を平均してもよいし、メディアンやモード等を用いてもよい。

以上述べた第１実施形態及び第２実施形態に例示されるような補正により、電子部品８に対するレーザの照射位置が正確になるため、高さ計測におけるレーザ照射の投光本数を最小限にでき、計算時間、照射時間の短縮を図ることができる。

なお、第１実施形態で述べた先端位置を算出する方法を利用して電子部品８の外形サイズを算出してもよい。例えば、図８に示されるような電子部品８の左右辺にレーザを連続点灯して各辺での先端平均位置を算出して左右位置の距離を求め、次に、ノズル１７を９０°回転させ、同じように左右辺（回転する前の上下辺）にレーザを連続点灯して、この左右位置の距離を求め、これらを真の外形サイズとする。

この算出された外形サイズを予め部品データベースから受け取っていた計測対象の電子部品８の外形寸法データと入れ替え、このデータに基づくことで、第１実施形態や第２実施形態におけるレーザ連続点灯等を行う際、より正確な位置に照射することが可能となる。

又、前記第１実施形態及び第２実施形態においては、本発明が電子部品のリード浮きの検査に適用されていたが、ＢＧＡ等のボール端子に適用することもできる。

本発明の適用対象であるコプラナリティ検査装置の全体構成を示す光路図 コプラナリティ検査装置が配設された電子部品実装装置の全体構成を示す斜視図 コプラナリティ検査装置のライン光と電子部品の関係の例を示す側面図 光切断法の原理を説明するための（Ａ）側面図及び（Ｂ）取得画像を示す図 従来の問題点を説明するための側面図 本発明の概要を示す側面図 （Ａ）従来及び（Ｂ）本発明追加後の処理手順を比較して示す流れ図 本発明におけるＱＦＰに対する連続点灯区間の例を示す平面図 同じく画像処理の例を示す図 電子部品の位置が水平方向にずれている場合の処理手順を示す流れ図 電子部品の位置が鉛直方向にずれている場合の反射光の様子を示す説明図 電子部品の位置が上方向にずれている場合の反射光の様子を示す説明図 電子部品の位置が下方向にずれている場合の反射光の様子を示す説明図 電子部品の位置が鉛直方向にずれている場合の処理手順を示す流れ図 電子部品の位置が鉛直方向に大きくずれている場合の反射光の様子を示す説明図

符号の説明

８…被測定物（電子部品）
９…端子（リード）
１０…電子部品実装装置
１６…搭載ヘッド（移載ヘッド）
１７…ノズル
３０…コプラナリティ検査装置
３２…レーザダイオード（ＬＤ、レーザ）
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
４３ａ、５０ａ…ライン光
４３ｂ、５０ｂ…反射光
Ｌ０…一定幅
Ｌ１〜Ｌ７…端子反射光幅（反射光幅）

Claims (3)

1. 電子部品にレーザをパルス点灯させたライン光を走査して、光切断法により端子の高さを計測するための電子部品の端子高さ計測方法において、
   レーザの連続点灯により電子部品の端子位置を取得して、その位置情報から端子高さを計測するためのレーザ点灯位置補正を行なうことを特徴とする電子部品の端子高さ計測方法。
2. レーザの連続点灯により電子部品の端子の水平方向位置を取得し、該水平方向位置と目標の水平方向位置とのずれの情報に基づいて前記端子高さを計測するためのレーザ点灯位置補正を行なうことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の端子高さ計測方法。
3. レーザの連続点灯により電子部品の端子の鉛直方向位置を取得し、該鉛直方向位置と目標の鉛直方向位置とのずれの情報に基づいて前記端子高さを計測するためのレーザ点灯位置補正を行なうことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の端子高さ計測方法。

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