JP2008078399A - 部品認識方法、部品認識装置、表面実装機及び部品検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】画像認識によって電子部品の端子の状態を判別する場合に誤判定の可能性を低くする。
【解決手段】電子部品に設けられた端子 をカメラにより複数の方向から撮像し、この撮像により得られた撮像方向が異なる複数の画像に基づいて端子の高さ位置を検出する端子検査シーケンスを実行する。その端子検査シーケンスの実行において、端子の高さ位置の検出不良が生じたとき又は検出された高さ位置が基準値に近いグレーゾーンにあるときには、端子検査シーケンスを再度実行する。
【選択図】図６

Description

本発明は、電子部品の実装面を複数の方向から撮像し、画像処理によって端子の状態を検出する部品認識方法、部品認識装置、表面実装機および部品検査装置に関するものである。

例えば電子部品をプリント配線板に実装するための表面実装機は、前記電子部品（以下、これを「実装用部品」という）を吸着ノズルによって吸着して部品供給部からプリント配線板上の実装位置に移載する構成が採られている。そして、この種の表面実装機では、吸着ノズルに吸着された実装用部品の吸着位置を検出したり、実装用部品の良否判定を行うために、実装用部品を下方から撮像装置によって撮像し、画像処理を行う部品認識装置を装備している。この部品認識装置による実装用部品の良否判定は、実装用部品がＢＧＡ（Ball Grid Array） やＣＳＰ（Chip Size Package） などの半球状端子を有する半導体装置である場合は、パッケージの下面から突出する半球状端子の有無や、この半球状端子の高さのバラツキが所定の基準値よりも小さいか否か、すなわち必要なコプラナリティ（平坦度）があるか否かを判定することによって行う。また、実装用部品がＱＦＰ（Quad Flat Package） のように複数のリードが側方に突出している半導体装置である場合は、リードの欠損の有無や、横方向への折れおよび高さのバラツキ（仮想実装面に対する各リードの浮き・沈み）が許容値内に入っているか否か（コプラナリティ）を検出することによって行う。

この種の部品認識装置としては、特許文献１に示された構成が公知である。これは、実装用部品の端子実装面に斜め下方から光を照射する照明装置と、実装用部品の端子が位置する実装面を複数の異なる方向から撮像する撮像装置と、この撮像装置により撮像された撮像方向の異なる二つの画像から画像処理によって端子の高さを検出する画像処理装置とを備えている。前記画像処理装置は、前記二つの画像を合成することにより３次元画像を作り、この３次元画像を解析することによって端子の高さ位置等を検出する。

なお、この種の部品認識装置は、前記表面実装機の他に、例えば実装用部品を検査する部品検査装置にも装備されている。
特開平７−１５１５２２号公報

ところで、例えばＢＧＡの実装面を撮影する場合、図９に示すように、照明装置２からの照明光がＢＧＡ１の半球状端子４の頂点付近で正反射した光を撮像装置３で捉えるよう、照明装置２と撮像装置３とを垂直面Ｖに対して対称に配置する。その場合に、撮像装置３により撮像される半球状端子４の画像は図１０に模式的に示すようになる。同図において、４Ａ部分は半球状端子４の全体像を示しており、４Ｂ部分は全体像の中で特に輝く頂点付近の高輝度部分（正反射光として入射する部分）を示している。

半球状端子４は平滑な金属表面であるから、端子４の表面に傷や変形がなければ、高輝度部分４Ｂは図１０に示すように全ての端子４について同一形状の均質な画像が得られる。従って、その高輝度部分４Ｂに基づいて端子４の画像処理を高精度で行うことができる。

しかしながら、実際の端子４には汚れ、傷、変形等がありうる。そうすると、そのような半球状端子４の画像については、高輝度部分４Ｂの形状が例えば図１１の右端に示したもののように正常なものとは異なるように撮像される。そうすると、その半球状端子４の高さ位置のバラツキは基準値内にあったとしても、それが基準値を満たしていないとの判定結果になってしまうこともある。このように端子の表面状態によっては誤判定してしまう可能性があるという事情は、半球状端子４を有するＢＧＡやＣＳＰに限らず、リード端子を有するＱＦＰにあっても同様に存在する。この種の半導体部品は高価なものであり、基準値に満たないものは廃棄しなくてはならないから、誤判定が発生すると大きな経済的な無駄に繋がる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、画像認識によって電子部品の端子の状態を判別するようにしたものにおいて、誤判定の可能性を低くできる部品認識方法、部品認識装置、表面実装機及び部品検査装置を提供することを目的とする。

本発明は、電子部品に設けられた端子を複数の方向から撮像し、この撮像により得られた撮像方向が異なる複数の画像に基づいて端子の高さ位置を検出する端子検査シーケンスを実行し、その端子検査シーケンスによって検出された検出値と基準値とを比較することで端子の状態を認識する部品認識方法において、端子の高さ位置の検出不良が生じたとき又は検出された高さ位置が基準値に近いグレーゾーンにあるときには、前記端子検査シーケンスを再度実行するところに特徴を有する。

この場合、端子検査シーケンスを再度実行する際、その端子検査シーケンスにおける端子の撮像条件を前の端子検査シーケンスにおける撮像条件とは異ならせるようにすると、より一層検出精度を上げることができる。

また、電子部品を所定の軸回りに回動可能な状態で保持する部品保持機構を更に設け、端子検査シーケンスを再度実行させるリトライ制御手段を、端子の高さ位置の検出不良が発生したと判断された場合には、部品保持機構によって電子部品を前の端子検査シーケンスの状態から所定の軸回りに関して異なる角度となるよう回動させてから端子検査シーケンスを再度実行させるものとしてもよい。このようにすると、端子の高さ位置の検出不良が解消されることがあるためである。

また、撮像装置によって撮像する際に電子部品を照明する照明装置を更に設け、リトライ制御手段は、検出された端子の高さ位置が基準値に近いグレーゾーンにあると判断された場合には、照明装置による照明条件を異ならせて端子検査シーケンスを再度実行させるようにしてもよい。照明条件を異ならせて端子検査シーケンスを再実行すると、より正確に端子の高さ位置が検出できる場合が多いからである。なお、照明条件としては、光源の照度、電子部品に対する照射角度、光源の色調等の他、光源と電子部品との間の距離を変化させても良い。

本発明では、端子検査シーケンスを実行して端子の高さ位置の検出不良が発生したとき又は検出された高さ位置が基準値に近いグレーゾーンにあると判断されたときには、端子検査シーケンスを再び実行するから、誤判定の確率を低く抑えることができるという効果が得られる。

以下、本発明に係る部品認識方法を実施するための部品認識装置の一実施形態を図１ないし図８を参照して説明する。これは、本発明に係る部品認識装置を表面実装機に装備した例である。

図１において符号１で示すものは、この実施形態の表面実装機を示す。この表面実装機１の基台１ａ上には、プリント配線板搬送用のコンベア２が配置され、プリント配線板Ｐが前記コンベア２上を搬送されて所定の装着作業位置で停止するように構成されている。前記コンベア２の前後（図１では上下）にはそれぞれ部品供給部３が配置されている。これら部品供給部３には、前記コンベア２と平行して取付座３ａがそれぞれ設けられている。各取付座３ａには、各種部品を供給するための多数のフィーダーが配設され、図示の例では多数のテープフィーダー４が並列に、かつ各々位置決めされた状態で固定されている。各テープフィーダー４は、それぞれＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状の電子部品を所定の間隔をおいて収納、保持したテープがリールから導出されるように構成されており、またテープ送り出し端には送り機構が具備され、後述する吸着ヘッド１３により実装用部品がピックアップされるにつれてテープが間欠的に送り出されるように構成されている。

前記基台１ａの上方には、図１および図２に示すように、部品装着用ヘッドユニット５が装備され、このヘッドユニット５はＸ軸方向（コンベア２と平行な方向）およびＹ軸方向（図１におけるコンベア２と直交する方向）に移動することができるように構成されている。

すなわち、前記基台１ａには、ヘッドユニット５の支持部材６がＹ軸方向の固定レール７に移動可能に配置され、支持部材６上にヘッドユニット５がＸ軸方向のガイド部材８に沿って移動可能に支持されている。そして、Ｙ軸サーボモータ９によりボールねじ１０を介して支持部材６のＹ軸方向の移動が行われるとともに、Ｘ軸サーボモータ１１によりボールねじ１２を介してヘッドユニット５のＸ軸方向の移動が行われる。

前記ヘッドユニット５には部品装着用の複数の吸着ヘッド１３が搭載されており、当実施形態では８本の吸着ヘッド１３がＸ軸方向に一列に並べて配設されている。また、各吸着ヘッド１３のＺ軸方向の下端（図２参照）には吸着ノズル１４が設けられており、部品吸着時には図外の負圧供給手段から吸着ノズル１４に負圧が供給され、この負圧による吸引力で部品が吸着される。

前記吸着ヘッド１３は、それぞれヘッドユニット５のフレームに対してＺ軸方向（図２参照）の移動およびＲ軸（ノズル中心軸）回りの回転が可能とされ、サーボモータを駆動源とする昇降駆動機構１５（図５参照）および回転駆動機構１６（図５参照）により駆動されるように構成されており、部品を所定の軸（Ｚ軸）回りに回動可能な状態で保持する部品保持機構として機能する。これらの昇降駆動機構１５と回転駆動機構１６の動作は、後述する制御装置１７（図５参照）によって制御される。なお、前記コンベア２や、前記Ｙ軸サーボモータ９とＸ軸サーボモータ１１の動作も制御装置１７によって制御される。

前記ヘッドユニット５の移動範囲内であって基台１ａ上の部品供給部３近傍には、撮像装置２０が設けられ、この撮像装置２０により前記吸着ノズル１４に吸着された実装用部品の下面が撮像される。

前記撮像装置２０は、図４に示すように、前記基台１ａに対して上下に延びるように固定されたベースプレート２１を備えている。このベースプレート２１の上端部には、前記吸着ノズル１４に吸着された実装用部品Ｄの下面に斜め下方から撮像用の光を照射する第１の照明装置３０と、実装用部品Ｄの下面に垂直方向から撮像用の光を照射する第２の照明装置３１とが固定されている。

前記第１および第２の照明装置３０，３１は、複数個のＬＥＤ３２を縦横に並べた光源であり、夫々ベースプレート２１に固定されている。第１の照明装置３０のＬＥＤ３２は、Ｙ方向に並ぶＬＥＤ列をＸ方向に対してＸＺ平面上で４０°の角度をなす線に沿って複数列並べた構成であり、前記ベースプレート２１のＸ方向の略中央位置の上方に搬送された実装用部品Ｄの下面に対してＸＺ平面上で鉛直方向に対して略４０°の傾斜角で光を照射する。一方、第２の照明装置３１のＬＥＤ３２は、Ｙ方向に並ぶＬＥＤ列をＸ方向に複数列並べた構成であり、前記実装用部品Ｄの下面に鉛直方向の下方から光を照射する。なお、第１の照明装置３０については、後述するカメラ３６のラインセンサの配列方向と同じＹ方向に沿って並ぶＬＥＤ列を一つおきに並列接続することで回路的に二つのＬＥＤ群に分けてあり、いずれかのＬＥＤ群を選択的に点灯させることができるようにしている。

前記各ＬＥＤ３２からの光の照射経路上には、屈折レンズ３３が設けられている。この屈折レンズ３３は、前記各ＬＥＤ３２から照射された光を所定の平面（例えば、ベースプレート２１や、屈折レンズ３３のＬＥＤ３２側表面の先端部どうしを結ぶ平面）に略直交する平行光あるいは略平行光になるように屈折させる。この屈折レンズ３３におけるＬＥＤ３２とは反対側の表面は、かまぼこ状に凸に形成されており、図３に示すように、屈折レンズ３３から出射する光は、Ｙ軸方向には平行あるいは略平行を維持したまま屈曲されて、平面状屈曲光となりＹ軸方向の直線状の集光位置ＳＩに集光される。

この集光位置ＳＩに前記実装用部品Ｄの下面位置が一致するように、吸着ヘッド１３のＺ軸方向位置が調整される。また、図４に示すように、集光位置ＳＩ上において、ＬＥＤ３２のＹ軸方向の配置ピッチに対応した高集光部ＳＩ１、ＳＩ２、ＳＩ３が形成され、Ｙ軸方向に明るい部位と、相対的に暗い部位とが交互に生じることになるので、前記屈折レンズ３３と実装用部品Ｄとの間には、前記平面状屈曲光ＨをＹ軸方向にのみ拡散させるディフューザ３４が配設され、このディフューザ３４により各平面状屈曲光Ｈは、実装用部品Ｄ側へ向かうにつれてＹ軸方向で扇状に広がり、Ｙ軸方向において略均一な明るさとなる。

すなわち、屈折レンズ３３およびディフューザ３４により前記第１の照明装置３０の各ＬＥＤ３２から照射された光Ｓが平面状屈曲光Ｈに屈曲され、これら平面状屈曲光Ｈが実装用部品Ｄの下面に集光されるとともに、それぞれＹ軸方向へ拡散することによって、各平面状屈曲光Ｈが実装用部品Ｄの下面でＹ軸方向へ延びる集光位置ＳＩに対して照射されることとなる。第１の照明装置３０から前記集光位置ＳＩへ照射された各平面状屈曲光Ｈは、当該集光位置ＳＩを基準とするＹＺ平面の面対称となる左側へ反射し、この反射光Ｒはミラー３５により下方側へ反射されることとなる。一方、第２の照明装置３１からの光は実装用部品Ｄの下面によって下方へ反射する。

前記ミラー３５によって反射した光は第１のカメラ３６が受光し、第２の照明装置３１からの光は実装用部品Ｄによって下方へ反射した後に第２のカメラ３７が受光する。これらの第１および第２のカメラ３６，３７はそれぞれ前記ベースプレート２１に固定され、これらにより本発明の撮像装置が構成されている。第１及び第２の両カメラ３６，３７は共に、多数のＣＣＤ素子をＹ方向に沿って並べたラインセンサを光電変換素子として備える。なお、この実施の形態では、第１のカメラ３６が第２のカメラ３７の下方に位置付けられているが、これらのカメラ３６，３７の位置は光路を遮ることがない位置であれば適宜変更することができる。また、第１および第２の照明装置３０，３１の点灯・消灯の切換えと、第１および第２のカメラ３６，３７の撮像動作は後述する制御装置１７が制御する。

前記制御装置１７は、図５に示すように、前記コンベア２の動作を制御する搬送系制御手段４１と、前記ヘッドユニット５の移動および動作を制御する実装系制御手段４２と、前記撮像装置２０を図６にフローチャートとして示すプログラムに基づいて動作することでＢＧＡ，ＣＳＰの半球状端子の高さを検出する端子状態検出手段４３及び後に詳述するリトライ制御手段４４としての機能を有する。この端子状態検出手段４３及びリトライ制御手段４４と前記撮像装置２０とによって本発明の部品認識装置が構成されている。

ここで、制御装置１７のうち端子状態検出手段４３及びリトライ制御手段４４として機能する部分の詳細なソフトウエア的構成を、表面実装機１の動作の説明と合わせて図６に示すフローチャートも参照して説明する。

表面実装機１は、部品実装動作を開始すると、テープフィーダー４上の実装用部品Ｄを吸着ノズル１４に吸着させ、ヘッドユニット５をＸ方向とＹ方向とに移動させてテープフィーダー４からプリント配線板Ｐ上の指定された実装位置に移載する。この表面実装機１は、上記実装行程の途中で実装用部品Ｄの吸着の有無を含めた正誤および吸着位置を検出したり、実装用部品Ｄのリードや半球状端子などの変形、欠損の有無および高さなどを検出するために、実装用部品Ｄを前記撮像装置２０の上方でＸ方向に移動させ、前記第１および第２のカメラ３６，３７によって下方から撮像する。このとき、ヘッドユニット５に対する吸着ヘッド１３の上下方向の高さは、第１および第２のカメラ３６，３７により実装用部品Ｄの鮮明な画像が取得できる高さに設定されている。

制御装置１７は、吸着ノズル１４に実装用部品Ｄを吸着させた後、この実装用部品ＤがＱＦＰなどのリードを有するものであるか、ＢＧＡ，ＣＳＰなどの半球状端子を有するものであるか否かを判定し、ＢＧＡ，ＣＳＰ等の半球状端子を有するものであるときには、図６に示すＢＧＡ認識ルーチンを実行する。同ルーチンでは、まず、第２の照明装置３１と第２のカメラ３７とを使用して実装用部品Ｄを垂直方向からその実装面（プリント配線板Ｐと対向する下面）が写るように撮像する（ステップＳ１）。この第２のカメラ３７によって撮像された画像（以下「垂直画像」という）の一例を図７に示す。ここでは、同図に示すようにＢＧＡのパッケージＤp の下面に多数の半球状端子Ｄb （半田ボール）が配列されている様子が撮影される。

次に、制御装置１７は、周知の画像処理を行ってパッケージＤp の位置・傾きを検出して実装用部品Ｄを位置決めするための補正量を求めると共に、各半球状端子Ｄb の位置を検出して半球状端子Ｄb が所定位置に欠落なく存在しているか否かを判定する（ステップＳ２）。ここで不良と判定されるときにはエラー終了するが、正常である場合には、次のステップＳ３に移行し、制御装置１７は、吸着ヘッド１３をＸ方向に移動させつつ第１の照明装置３０と第１のカメラ３６とを使用して前記パッケージＤp の実装面と半球状端子Ｄb とが写るように斜め画像を撮像し、この斜め画像から半球状端子の頂点のＸＹ平面上における位置を検出する（ステップＳ４）。なお、ここで第１の照明装置３０においては、それを構成する二つのＬＥＤ群のうちの一方のみが点灯される。

次に、制御装置１７は、回転駆動機構１６を動作させて吸着ヘッド１３を垂直な軸線上で１８０°回転させ（ステップＳ５）た後、吸着ヘッド１３を上記ステップＳ３とは逆方向に移動させつつ第１の照明装置３０と第１のカメラ３６とを使用して斜め画像を撮像し（ステップＳ６）、この斜め画像から半球状端子Ｄb の頂点のＸＹ平面上における位置を検出する（ステップＳ７）。なお、上記ステップＳ６において得られる斜め画像は、ステップＳ３で得られた斜め画像とは、撮像方向が１８０°異なるものである。

そこで、制御装置１７は、前記ステップＳ４及びステップＳ７でそれぞれ検出した各半球状端子Ｄb の頂点のＸＹ平面上における位置のデータに基づき、各半球状端子Ｄb の高さを検出する（ステップＳ８）。このように実装用部品Ｄの半球状端子Ｄb を複数の方向から撮像し、それによって得られる画像に基づいて各半球状端子Ｄb の高さを検出する処理を、本発明では「端子検査シーケンス」と呼ぶ。

この端子検査シーケンスが終了すると、各半球状端子Ｄb の高さのバラツキを求めるコプラナリティ判定処理を行う（ステップＳ９）。そして、このコプラナリティ判定処理によって得られた、高さのバラツキ（例えば全ての半球状端子Ｄb の高さの平均値と、各高さとの偏差の最大値）の検出値と、判定のための基準値とを比較し、それが許容値を超えているか否かを判断する（ステップＳ１０）。本実施形態のステップＳ１０では、基準値が例えば１００μｍと設定されているとき、図８に示すように、１００μｍの付近前後に８０μｍ〜１２０μｍの範囲にグレーゾーンＡ，Ｂを設定してあり、検出値が上記グレーゾーンＢの下限値８０μｍを越えるか否かを、まず判断する。検出値が許容値であるグレーゾーンの下限値８０μｍを越えていなければ、ＢＧＡ認識ルーチンは正常に終了してメインルーチンに戻って実装用部品Ｄをプリント配線板Ｐに実装する処理が実行される。この結果、半球状端子Ｄb の高さのバラツキが８０μｍ以下である実装用部品Ｄだけが、直ちにプリント配線板Ｐに実装されることになる。

さて、従来、半球状端子Ｄb の高さのバラツキが基準値を越えていると判断された実装用部品Ｄは、プリント配線板Ｐに実装されることなく、直ちに廃棄処分されていたが、本実施形態の表面実装機では制御装置１７がリトライ制御手段４４としても機能するようになっており、次の２つの条件(A),(B)のいずれかが満たされる場合には、端子検査シーケンスを再度実行してコプラナリティの判定をやり直すこととしている。
(A)前述したステップＳ４，Ｓ７において半球状端子Ｄb の頂点のＸＹ平面上における位置を検出できない場合や、位置が検出できてもそれが異常な値であった場合等の検出不良が生じたとき。
(B)半球状端子Ｄb の高さのバラツキの検出値が基準値１００μｍに近い８０μｍ〜１２０μｍの範囲のグレーゾーンにあるとき。

すなわち、上記条件(A)が満たされた場合には、ステップＳ１１，Ｓ１２で「Ｙ」となり、また、上記条件(B)が満たされた場合にはステップＳ１３の詳細条件判定の結果が「Ｙ」となり、ステップＳ１４に移行する。ステップＳ１４では、第１のカメラ３６による撮像に際して、第１の照明装置３０を構成する二つのＬＥＤ群のうち、前回の端子検査シーケンスにおいて点灯させたＬＥＤ群とは異なるＬＥＤ群を点灯させることで、照明条件を前回の端子検査シーケンスのときとは異ならせる。

そして、さらに制御装置１７は、回転駆動機構１６を動作させて吸着ヘッド１３を垂直な軸線上で−９０°回転させ（ステップＳ１５）た後、吸着ヘッド１３を再びＸ方向に移動させつつ第１のカメラ３６で斜め画像を撮像し（ステップＳ１６）、この斜め画像から半球状端子Ｄb の頂点のＸＹ平面上における位置を検出する（ステップＳ１７）。上記ステップＳ１６において得られる斜め画像は、ステップＳ３で得られた斜め画像とは、撮像方向が９０°異なることになる。

次に、制御装置１７は、回転駆動機構１６を動作させて吸着ヘッド１３を垂直な軸線上で１８０°回転させ（ステップＳ１８）、吸着ヘッド１３をステップＳ１６とは逆方向に移動させつつ第１のカメラ３６で斜め画像を撮像し（ステップＳ１９）、この斜め画像から半球状端子Ｄb の頂点のＸＹ平面上における位置を検出する（ステップＳ２０）。従って、上記ステップＳ１９において得られる斜め画像は、ステップＳ１６で得られた斜め画像とは、撮像方向が１８０°異なることになる。

そこで、制御装置１７は、前回の端子検査シーケンスの場合と同様に、ステップＳ１７及びステップＳ２０でそれぞれ検出した各半球状端子Ｄb の頂点のＸＹ平面上における位置のデータに基づき、各半球状端子Ｄb の高さを検出する（ステップＳ２１）。

以上のような２回目の端子検査シーケンスが終了すると、再び、各半球状端子Ｄb の高さのバラツキを求めるコプラナリティ判定処理を行う（ステップＳ２２）。そして、半球状端子Ｄb の高さのバラツキの検出値が、基準値（１００μｍ）を越える場合にはエラー終了し、基準値を越えない場合には、ＢＧＡ認識ルーチンを終了させてメインルーチンに戻って実装用部品Ｄをプリント配線板Ｐに実装する処理が実行される。なお、ステップＳ１７，Ｓ２０において端子位置の検出不良（前記条件(A)）となった場合にも、エラー終了する。エラー終了となったときには、当該実装用部品Ｄはプリント配線板Ｐに実装されずに所定の廃棄場所に投入され、別の実装用部品Ｄが部品供給部から取り出されることになる。

このように本実施形態では、１回目の端子検査シーケンスが実行されて半球状端子Ｄb の高さのバラツキが基準値に近いグレーゾーンにあると判断されると、再び端子検査シーケンスが実行されてコプラナリティの判定が繰り返されるようになっている。従って、１回だけの端子検査シーケンスに基づいてコプラナリティを判定し、不良と判断した実装用部品Ｄを使用せずに廃棄させていた従来の部品認識装置に比べて、より高い精度で良否判定を行うことができ、実装用部品Ｄを無駄にする可能性を低くできる。また、例えば端子検査シーケンスを一律に複数回実行し、各回の端子検査シーケンスからの検出結果を平均しその平均値に基づいてコプラナリティを判定することも考えられるが、それに比べて本発明では１回目の端子検査シーケンスの結果がグレーゾーンにある場合に、端子検査シーケンスを再度実行する構成であるから、良否判定を行うために要する時間が短く、高速処理が可能である。

しかも、二度目の端子検査シーケンスを実行する場合、本実施形態では、回転駆動機構１６を動作させて実装用部品Ｄが１回目の端子検査シーケンスとは９０°回転した角度で撮像されるようにしたから、１回目の端子検査シーケンスと２回目のそれとは撮像条件が異なることになる。このように撮像条件を異ならせて撮像すれば、例えば半球状端子Ｄb に傷があって端子頂点位置が正確に検出できなかった場合でも、実装用部品Ｄを回転させることにより、２回目の端子検査シーケンスではその傷がカメラの視野に入らずに端子頂点位置を正確に検出できるようになる場合があり、ひいては端子の高さ位置を正確に検出できるようになる。

また、本実施形態では、撮像条件を異ならせるために、実装用部品Ｄを回転させる（ステップＳ１５，Ｓ１８）だけでなく、照明条件も併せて異ならせている（ステップＳ１４）。このため、撮像条件をより大きく変化させることができるため、より広範囲の端子検出エラーの原因に対処することができる。しかし、撮像条件を異ならせるには、実装用部品Ｄを回転させるだけでもよく、また、照明条件を異ならせるだけでもよい。

特に、第１回の端子検査シーケンスの実行中に検出不良が生じた場合（前記条件(A)）には、照明条件を変更して第２回の端子検査シーケンスを実行することが望ましい。かかる端子の検出不良は照明条件の変更により解消することが多いからである。また、逆に、第１回の端子検査シーケンスの実行の結果、検出値がグレーゾーンにあると判断されたとき（前記条件(B)）には、実装用部品Ｄを回転させた後に第２回の端子検査シーケンスを実行することが好ましい。検出値がグレーゾーンにあると判断されるような場合は、半球状端子Ｄb に汚れ、傷、変形等があることを要因とする場合が多く、回転させた後に第２回の端子検査シーケンスを実行することで、それらの要因が２回目の端子検査シーケンスに影響を与えなくなることがあるためである。

なお、上記実施形態では、基準値１００μｍに対して上下２０μｍのグレーゾーンを設定した例を示したが（図８参照）、そのグレーゾーンの幅はユーザが自由に設定できるようにすることが望ましい。どの程度の厳密さ（正確さ）でコプラナリティの良否判定をするかを自由に変更できるようにするためである。図８のグレーゾーン範囲Ａ，Ｂを共に拡げれば、より厳密な良否判定をすることができる。また、過剰に厳密な判定を抑制したい場合には、基準値よりも大きなバラツキとなる範囲Ａに属するときにだけ２回目の端子検査シーケンスを実行するようにしてもよい。範囲Ｂに属する領域は、第１回目の端子検査シーケンスによって、もともと高さのバラツキが基準値よりも小さいと判断されているから、再度、検査する必要性は比較的少ないからである。勿論、この領域のバラツキがある場合にも端子検査シーケンスを繰り返すようにすれば、より正確な判定ができることはもちろんであり、要求される厳密さに応じて決定されるべきである。

また、照明条件を異ならせるには、本実施形態のようにＬＥＤ群を二群に分けて選択的に点灯させることにより照明光軸を僅かにずらす構成の他に、次のような構成も可能である。

（第１例）
光源のＬＥＤ群を二群に分けておき、第１回目は一方のＬＥＤ群だけを点灯し、第２回目は全てのＬＥＤ群を点灯する。

（第２例）
光源に発光色が異なる２種のＬＥＤ群を用意しておき、第１回目と第２回目とでは発光色を異ならせる。

（第３例）
第１回目の端子検査シーケンスの場合には、第１の照明装置３０を使用し、第２回目の端子検査シーケンスの場合には、第１の照明装置３０に併せて第２の照明装置３１も同時に点灯させる。

（第４例）
第１回目の端子検査シーケンスと第２回目の端子検査シーケンスとでは、実装用部品ＤのＺ方向位置を異ならせる。

なお、上述の実施形態による表面実装機１に装備した部品認識装置は、実装用部品Ｄを１８０°回転させることで第１のカメラ３６のみによって半球状端子Ｄb を２つの斜め方向から撮像する構成を採っているから、異なる斜め方向から撮像する２台のカメラを使用する場合に較べて水平方向の幅を小さく形成することができ、高い検出精度を有しながらもコンパクトな部品認識装置を形成することができる。また、垂直方向から撮像する撮像手段と、斜め方向から撮像する撮像手段とを使用する従来の部品認識装置と較べて、実装用部品Ｄの半球状端子Ｄb を撮像するときに実装用部品Ｄを１８０°回転させて撮像するために、二つの斜め画像の視差を大きくとることができる。この実施の形態では、第１のカメラ３６によって鉛直方向に対して約４０°傾いた方向から斜め画像を撮像しているから、前記二つの斜め画像の視差は約８０°となる。この実施の形態による表面実装機１においては、このように大きな視差をもつ二つの斜め画像を用いて半球状端子の高さを検出しているから、この点からも従来の部品認識装置に較べて高い精度で前記高さを検出することができる。

この実施の形態による表面実装機１は、垂直画像を撮像した後に斜め画像を撮像するように構成されているが、撮像順序は適宜変更することができる。例えば、斜め画像を２回撮像した後に垂直画像を撮像することができる。また、最初の斜め画像を撮像した後に実装用部品Ｄを回転させる角度は、９０°であってもよい。さらに、上述した実施の形態では第１および第２のカメラ３６，３７の撮像素子としてラインセンサを使用する例を示したが、ラインセンサの代わりにエリアセンサを用いることができる。この構成を採る場合は、最初の斜め画像を撮像した後にヘッドユニット５のＸ方向への移動を停止させた状態で吸着ヘッド１３を垂直な軸線上で回転させる。

なお、本発明に係る部品認識方法および部品認識装置は、表面実装機の他に、吸着ノズルによって電子部品を移載する装置であればどのようなものにも適用することができる。例えば、本発明に係る部品認識方法および部品認識装置は、吸着ノズルにより吸着された電子部品の外観を撮像して画像処理によってこの電子部品を検査したり、検査台上の電子部品に検査用の所定波形電流を入力し、出力波形により電子部品を検査するとともに、ヘッドユニットに設けられる吸着ノズルにより検査台の上に運搬される電子部品の下面を撮像し、検査台への載置における位置補正をする部品検査装置などにも使用することができる。この部品検査装置は、本発明に係る部品認識装置を装備することによって、リードや半球状端子の高さを従来のものに較べて高い精度で検出することができるようになる。

また、上記実施形態では、実装用部品Ｄが半球状端子Ｄb を備えたＢＧＡである場合について説明したが、これに限らず、ＣＳＰ（Chip Size Package） でもよく、また、実装用部品がＱＦＰ（Quad Flat Package） のように複数のリードが側方に突出している半導体装置であってもよい。

本発明に係る部品認識装置を装備した表面実装機の平面図である。 表面実装機の上部の正面図である。 屈折レンズの光収束状態を示す斜視図である。 撮像装置を示す側面図である。 表面実装機の制御系を示すブロック図である。 部品認識装置の動作を示すフローチャートである。 ＢＧＡの画像を示す図である。 基準値とグレーゾーンとの関係を示す図である。 ＢＧＡの撮像状況を説明するための側面図である。 正常な半球状端子の画像を示す図である。 汚れ等がある半球状端子の画像を示す図である。

符号の説明

１…表面実装機、５…ヘッドユニット、１３…吸着ヘッド、１７…制御装置、２０…撮像装置、３６…第１のカメラ、３７…第２のカメラ、４３…端子状態検出手段、４４…リトライ制御手段 Ｄ…実装用部品 Ｄb …半球状端子

Claims (8)

1. 電子部品に設けられた端子を複数の方向から撮像し、この撮像により得られた撮像方向が異なる複数の画像に基づいて前記端子の高さ位置を検出する端子検査シーケンスを実行し、その端子検査シーケンスによって検出された検出値と基準値とを比較することで前記端子の状態を認識する部品認識方法において、前記端子の高さ位置の検出不良が生じたとき又は検出された高さ位置が前記基準値に近いグレーゾーンにあるときには、前記端子検査シーケンスを再度実行することを特徴とする部品認識方法。
2. 前記端子検査シーケンスを再度実行する際には、その端子検査シーケンスにおける前記端子の撮像条件を前の端子検査シーケンスにおける撮像条件とは異ならせることを特徴とする請求項１記載の部品認識方法。
3. 電子部品に設けられた端子を複数の方向から撮像する撮像装置と、
   この撮像装置により得られた撮像方向の異なる複数の画像に基づいて前記端子の高さ位置を検出して基準値とを比較することで前記端子の状態を検出する端子状態検出手段と、
   前記端子状態検出手段において前記端子の高さ位置の検出不良が発生した又は検出された高さ位置が前記基準値に近いグレーゾーンにあると判断されたことを条件に、再び前記撮像装置によって前記端子を複数の方向から撮像して前記端子状態検出手段により前記端子の状態を検出する端子検査シーケンスを再度実行させるリトライ制御手段とを備えた部品認識装置。
4. 前記電子部品を所定の軸回りに回動可能な状態で保持する部品保持機構を更に有し、前記リトライ制御手段は、前記端子状態検出手段により前記端子の高さ位置の検出不良が発生したと判断された場合には、前記部品保持機構によって前記電子部品を前の端子検査シーケンスの状態から前記所定の軸回りに関して異なる角度となるよう回動させてから前記端子検査シーケンスを再度実行させるものである請求項３に記載の部品認識装置。
5. 前記撮像装置によって撮像する際に前記電子部品を照明する照明装置を更に有し、前記リトライ制御手段は、前記端子状態検出手段により検出された高さ位置が前記基準値に近いグレーゾーンにあると判断された場合には、前記照明装置による照明条件を異ならせて前記端子検査シーケンスを再度実行させるものである請求項３又は請求項４に記載の部品認識装置。
6. 先の端子検査シーケンスの実行時とは照明条件を異ならせるために、異なる位置にある光源を点灯させるものである請求項５に記載の部品認識装置。
7. 請求項３ないし請求項６のうちいずれか一つに記載した発明に係る部品認識装置によって実装用の電子部品の端子の状態を検出する表面実装機。
8. 請求項３ないし請求項６のうちいずれか一つに記載した発明に係る部品認識装置によって被検査用電子部品の端子の状態を検出する部品検査装置。

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