JP2022107020A - 測定装置及び部品実装機 - Google Patents

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Abstract

【課題】測定対象が傾いていても精度良く測定できるようにする。【解決手段】平行光を出力する投光部14と受光部15とを所定の位置関係で固定したベース部13と、このベース部13を傾動させることで前記平行光の照射角度を変化させる傾動機構部とを備える。測定対象の厚みが平行光16の幅内に収まる位置で測定対象を一定の姿勢に保持した状態で、傾動機構部によりベース部13を傾動させることで前記平行光の照射角度を変化させながら前記平行光のうちの測定対象で遮光された部分の幅の測定値が増減するのを観測してその測定値の最小値を求め、その測定値の最小値に基づいて測定対象の厚み寸法又は厚み方向への変形量を測定し、或は、前記測定値が最小となったときのベース部13の傾き角度に基づいて測定対象の厚み方向への傾き角度を測定する。【選択図】図1

Description

本明細書は、測定対象の厚み寸法、厚み方向への変形量、厚み方向への傾き角度のいずれかを測定する測定装置及び部品実装機に関する技術を開示したものである。
例えば、回路基板に実装する電子部品の中には、部品ボディの2辺又は4辺に複数のリードが列設されたリード付き電子部品がある。このようなリード付きの電子部品では、一部のリードに曲がり(変形)があると、当該電子部品のリードを回路基板のパッドに半田付けする際に、一部のリードが回路基板のパッドに十分に密着せず、接続不良の原因となる場合がある。
そこで、リードの曲がりを検出する方法が特許文献1(特開平1-260349号公報)で提案されている。この検出方法は、図8に示すように、投光器51から平行レーザ光52を受光器53に向けて照射すると共に、電子部品のリード54の列を平行レーザ光52の幅内に位置させる。更に、投光器51と受光器53の位置を、平行レーザ光52をリード54の列に対して斜め下方から照射する斜め下方照射位置と、斜め上方から照射する斜め上方照射位置とに切り替え可能に構成し、事前に、標準的なサンプル部品の曲がりの無いリード54の列を平行レーザ光52の幅内に位置させて、斜め下方照射位置に位置する投光器51から平行レーザ光52をリード54の列に対して斜め下方から照射して、平行レーザ光52のうちのリード54の列で遮光されない部分の光を受光器53で受光して、その受光量の検出値を標準値として記憶装置に記憶しておく。同様に、斜め上方照射位置に移動させた投光器51から平行レーザ光52をリード54の列に対して斜め上方から照射したときの受光器53の受光量を検出して、その検出値を標準値として記憶装置に記憶しておく。その後、生産中は、検査対象となる電子部品のリード54の列を平行レーザ光52の幅内に位置させて、上述したリード54の曲がりの無い標準的なサンプル部品の場合と同様の手順で、斜め下方照射位置と斜め上方照射位置の2箇所で受光器53の受光量を検出し、その受光量の検出値をメモリに記憶された標準値と比較して、両者の差が許容誤差範囲内であるか否かで、リード54の曲がりが無いか有るかを判定するようにしている。
特開平1-260349号公報
上記特許文献1のリード曲がり検出装置を部品実装機に搭載して、生産中に部品供給装置から供給される電子部品のリードの曲がりの有無を検査することが考えられるが、次のような問題がある。
部品実装機では、生産中に部品供給装置から供給される電子部品を吸着ノズルで吸着して、その電子部品のリード54の列を平行レーザ光52の幅内に位置させることになる。生産中に、吸着ノズルに吸着した電子部品のリード54の列が必ずしも正確に水平になるとは限らず、少し傾くことがあるが、平行レーザ光52の幅内に位置させたリード54の列が傾いていると、平行レーザ光52のうちのリード54の列で遮光された部分の幅が変化して受光器53の受光量が変化してしまう。このため、リード54の列が傾いていると、曲がりの無いリード54の列であっても、曲がりの有るリード54の列と同様の受光器53の受光量となってしまうことがあり、それによって、リード54の曲がりの有無を誤判定してしまうことがあり、リード54の曲がりの検出信頼性に問題がある。
上記課題を解決するために、測定対象の厚み寸法、厚み方向への変形量、厚み方向への傾き角度のいずれかを測定する測定装置において、前記測定対象の厚み寸法よりも幅広な平行光を前記測定対象に対して照射する投光部と、前記投光部から照射された平行光のうちの前記測定対象で遮光されない部分の光を受光する受光部と、前記受光部の受光状態に基づいて前記平行光のうちの前記測定対象で遮光された部分の幅を測定する測定制御部と、前記投光部と前記受光部とを所定の位置関係で固定したベース部と、前記ベース部を傾動させることで前記平行光の照射角度を変化させる傾動機構部と、前記測定対象の厚みが前記平行光の幅内に収まる位置で前記測定対象を一定の姿勢に保持する保持部とを備え、前記測定制御部は、前記傾動機構部により前記ベース部を傾動させることで前記平行光の照射角度を変化させながら前記平行光のうちの前記測定対象で遮光された部分の幅の測定値が増減するのを観測してその測定値の最小値を求め、その測定値の最小値に基づいて前記測定対象の厚み寸法又は厚み方向への変形量を測定し、或は、前記測定値が最小となったときの前記ベース部の傾き角度に基づいて前記測定対象の厚み方向への傾き角度を測定する、測定装置であって、前記ベース部は、基台に軸を介して傾動可能に支持され、前記傾動機構部は、前記基台に設けられたモータと、前記モータにより回転されるカムと、前記カムに対して前記ベース部側に設けられたカムフォロアと、前記モータと一体に回転する第1のギアと、前記第1のギアと噛み合い前記カムと一体に回転する第2のギアとを備え、前記モータ、前記カム、前記カムフォロア、前記第1のギア及び前記第2のギアは、前記ベース部に対して前記投光部及び前記受光部とは反対側に設けられ、前記カムの回転により前記カムフォロアを前記ベース部の傾動方向に往復動させることで前記ベース部を前記軸を支点にして往復傾動させるようにしたものである。
この構成では、投光部から測定対象に向けて照射する平行光の照射角度を変化させながら、その平行光のうちの測定対象で遮光された部分の幅の測定値が増減するのを観測して、その測定値の最小値を求める。この際、測定対象が傾いていても、平行光の照射角度が測定対象の傾き角度と一致したときに、平行光のうちの測定対象で遮光された部分の幅の測定値が最小となる。従って、当該測定値の最小値に基づいて測定対象の厚み寸法又は厚み方向への変形量を測定したり、或は、当該測定値が最小となったときのベース部の傾き角度に基づいて測定対象の厚み方向への傾き角度を測定するようにすれば、測定対象が傾いていても、その傾きの影響を受けずに、測定対象の厚み寸法、厚み方向への変形量、厚み方向への傾き角度を精度良く測定することができる。
図1は一実施例を示す測定装置の斜視図である。 図2は測定装置の正面図である。 図3は測定装置の上面図である。 図4は傾動機構部を含む主要部の背面図である。 図5は平行レーザ光の照射方向に対してリード列が少し傾いているときの受光部の受光状態を説明する図である。 図6はベース部の傾動により平行レーザ光の照射角度がリード列の傾き角度と一致したときの受光部の受光状態を説明する図である。 図7は測定装置を搭載した部品実装機の制御系の構成を示すブロック図である。 図8は特許文献1のリード曲がり検出方法を説明する図である。
以下、本明細書に開示した一実施例を図面を用いて説明する。
まず、図1乃至図6を用いて測定装置10の構成を説明する。
測定装置10の基台11には、部品実装機40(図7参照)に取付固定するための取付フレーム12が設けられている。基台11上には、板状のベース部13が配置され、そのベース部13の上面には、投光部14と受光部15とが所定の位置関係で固定されている。
図示はしないが、投光部14は、レーザ光源で発生したレーザ光を特殊レンズで上下方向に所定の幅をもつ平行レーザ光16に変換してベース部13の上面と平行な方向に出力する。この投光部14の平行レーザ光出力方向には、平行レーザ光16の光路を直角に屈曲させるミラー、プリズム等の光路屈曲部材17が配置されている。平行レーザ光16の上下方向の幅は、測定対象の厚み寸法(上下方向寸法)よりも幅広となるように設定されている。本実施例では、測定対象は、電子部品のリード42の列(図5及び図6参照)である。
一方、受光部15の受光面前方には、投光部14の光路屈曲部材17で直角に屈曲された平行レーザ光16の光路を直角に屈曲させるミラー、プリズム等の光路屈曲部材18が配置され、この光路屈曲部材18で直角に屈曲された平行レーザ光16が受光部15で受光される。これにより、投光部14と受光部15との間の平行レーザ光16の光路は、2つの光路屈曲部材17,18でП状に屈曲され、且つ、投光部14の光路屈曲部材17と受光部15の光路屈曲部材18との間を通る平行レーザ光16の光路がベース部13の上面と平行になるように設定されている。2つの光路屈曲部材17,18間の平行レーザ光16に測定対象を挿入して測定対象の厚み寸法又は厚み方向への変形量(曲がり量)を測定するようになっている。
受光部15は、受光素子として、CCD、CMOS等の一次元イメージセンサ素子を用いて、平行レーザ光16のうちの測定対象で遮光された部分の幅とその位置の両方を測定できるように構成しても良い。或は、受光部15は、受光する平行レーザ光16をレンズで集光してフォトダイオード等の受光素子で受光し、平行レーザ光16のうちの測定対象で遮光された部分の幅に応じて受光素子の受光量が減少するという特性を利用して、その受光量を検出して、その受光量の検出値から平行レーザ光16のうちの測定対象で遮光された部分の幅を測定するように構成しても良い。
投光部14と受光部15とを固定したベース部13の下面側には、支持基板21が例えば4箇所の角度調節部22を介して取付けられている。各角度調節部22は、ボルトとナット等により構成され、作業者が各角度調節部22をスパナ等の工具で調節することで、支持基板21に対するベース部13の角度を調節できるようになっている。ベース部13と支持基板21は、基台11に軸23(図4参照)を介して上下方向に一体に傾動可能に支持されている。
図4に示すように、測定装置10には、ベース部13を傾動させることで平行レーザ光16の照射角度を変化させる傾動機構部25が設けられている。この傾動機構部25は、基台11に設けられたモータ26と、このモータ26により回転される偏心カム、楕円カム等のカム27と、ベース部13の支持基板21に設けられたカムフォロア28とを備え、カム27の回転によりカムフォロア28をベース部13の傾動方向である上下方向に往復動させることでベース部13を軸23を支点にして上下方向に往復傾動させるようになっている。モータ26とカム27との間の回転伝達系は、モータ26の回転軸に嵌着された第1のギア30と、カム27と一体に回転する第2のギア31とを噛み合わせて構成されている。図4に示すように、軸23、モータ26、カム27、カムフォロア28、第1のギア30及び第2のギア31は、ベース部13に対して投光部14及び受光部15とは反対側に設けられている。モータ26は、回転角を検出するエンコーダ等の回転角センサを備えたステッピングモータ、サーボモータ等であり、測定動作時には、回転角センサの出力信号に基づいてカム27を1回転させてベース部13を傾動前の角度から上下方向に1往復傾動させて傾動前の角度に戻して停止させるようになっている。
測定装置10には、平行レーザ光16と一定の位置関係が維持される部位に上方から画像認識可能な基準位置部34(図1参照)が設けられている。本実施例では、平行レーザ光16と一定の位置関係が維持される部位である、投光部14側の光路屈曲部材17の上面側の所定位置と受光部15側の光路屈曲部材18の上面側の所定位置の2箇所に基準位置部34が設けられ、2つの光路屈曲部材17,18間の平行レーザ光16のXY方向(水平方向)の向きを特定できるようになっている。
受光部15、受光部15及び傾動機構部25のモータ26の動作を制御する測定制御部35(図7参照)は、マイクロコンピュータ等により構成され、傾動機構部25によりベース部13を上下方向に傾動させることで平行レーザ光16の照射角度を変化させながら平行レーザ光16のうちの測定対象で遮光された部分の幅の測定値が増減するのを観測してその測定値の最小値を求め、その測定値の最小値に基づいて測定対象の厚み寸法又は厚み方向への変形量を測定するようにしている。
以上のように構成した測定装置10は、部品実装機40(図7参照)の所定位置に着脱可能に取り付けられる。部品実装機40には、回路基板に実装する各種電子部品を供給するテープフィーダ、トレイフィーダ、スティックフィーダ等の部品供給装置41が交換可能にセットされている。部品供給装置41から供給される電子部品の中には、部品ボディの2辺又は4辺に複数のリード42が列設されたリード付き電子部品が含まれる。
部品実装機40は、回路基板を搬送するコンベア43と、部品供給装置41が供給する電子部品をピックアップして保持する吸着ノズル又はチャック等の保持部(図示せず)を交換可能に取り付けた実装ヘッド(図示せず)と、この実装ヘッドをXY方向(前後左右方向)とZ方向(上下方向)に移動させる実装ヘッド移動装置44と、保持部でピックアップして保持した電子部品を下方から撮像する部品撮像用カメラ45と、回路基板の基準位置マーク等を上方から撮像するマーク撮像用カメラ46とを備えている。部品撮像用カメラ45は、部品実装機40の所定位置に上向きに固定されている。マーク撮像用カメラ46は、実装ヘッド側に下向きに取り付けられ、実装ヘッド移動装置44によって実装ヘッドと一体的に移動する。部品実装機40内における測定装置10の位置は、実装ヘッドの保持部の移動可能範囲内に測定装置10の平行レーザ光16が位置するように設定されている。
部品実装機40の制御部47は、1台又は複数台のコンピュータにより構成され、部品実装機40の上述した各機能の動作を制御する。この部品実装機40の制御部47は、部品供給装置41から供給される電子部品がリード付き電子部品である場合には、当該電子部品を実装ヘッドの保持部でピックアップして測定装置10側へ移動させると共に、マーク撮像用カメラ46で測定装置10の基準位置部34を撮像して画像認識することで当該基準位置部34の位置を基準にして測定装置10の2つの光路屈曲部材17,18間の平行レーザ光16の位置を測定し、その測定値に基づいて実装ヘッドを平行レーザ光16の上方へ移動させて、当該実装ヘッドの保持部に保持された電子部品の測定対象であるリード42の列を平行レーザ光16の幅内に収めて一定の角度に保持した状態(つまり測定装置10のベース部13が傾動してもリード42の列が傾動しないように一定の角度に保持した状態)で、部品実装機40の制御部47から測定装置10の測定制御部35へ測定実行指令信号を送信して、次のようにしてリード42の厚み寸法又は厚み方向への変形量を測定する。
測定装置10の測定制御部35は、部品実装機40の制御部47から測定実行指令信号を受信すると、投光部14から平行レーザ光16を出力すると共に、傾動機構部25のモータ26を起動してカム27を1回転させてベース部13を軸23を支点にして傾動前の角度から上下方向に1往復傾動させることで、平行レーザ光16を傾動前の角度から上下方向に1往復傾動させて傾動前の角度に戻して停止させる。これにより、測定制御部35は、図5から図6に示すように、平行レーザ光16の照射角度を変化させながら受光部15の受光信号を取り込んで平行レーザ光16のうちのリード42の列で遮光された部分の幅の測定値が増減するのを観測してその測定値の最小値を求め、その測定値の最小値に基づいてリード42の厚み寸法又は厚み方向への変形量を測定する。
例えば、曲がりの無いリード42の列であっても、図5に示すように、平行レーザ光16の照射方向(光軸)に対してリード42の列が傾いている場合には、平行レーザ光16のうちのリード42の列で遮光された部分の幅がリード42の列の傾き角度に応じて大きくなるが、図6に示すように、平行レーザ光16の照射方向(光軸)の傾き角度がリード42の列の傾き角度と一致すると、平行レーザ光16のうちのリード42の列で遮光された部分の幅が最小となる。従って、測定制御部35は、平行レーザ光16を傾動前の角度から上下方向に1往復傾動させて、平行レーザ光16のうちのリード42の列で遮光された部分の幅の測定値が増減するのを観測してその測定値の最小値を求め、その測定値の最小値に基づいてリード42の厚み寸法(又は厚み方向への変形量)を測定し、その測定値がリード42の厚み寸法の許容誤差範囲内に収まっていれば、リード42の列が正常(リード42の厚み寸法が許容誤差範囲内で且つリード42の曲がり無し)と判定し、一方、当該測定値がリード42の厚み寸法の許容誤差範囲を外れていれば、リード42の列が異常(リード42の曲がり有り又はリード42の厚み寸法が不適正)と判定する。このリード42の列の正常/異常の判定結果は、測定制御部35から部品実装機40の制御部47へ送信される。
尚、測定制御部35から平行レーザ光16のうちのリード42の列で遮光された部分の幅の測定値を部品実装機40の制御部47へ送信して、部品実装機40の制御部47が当該測定値の最小値を求めて、当該測定値の最小値に基づいてリード42の厚み寸法(又は厚み方向への変形量)を測定し、その測定値がリード42の厚み寸法の許容誤差範囲内に収まっているか否かで、リード42の列の正常/異常を判定するようにしても良い。或は、測定制御部35で測定値の最小値を求める処理まで行い、測定制御部35から当該測定値の最小値を部品実装機40の制御部47へ送信して、部品実装機40の制御部47で当該測定値の最小値から求めたリード42の厚み寸法(又は厚み方向への変形量)の測定値がリード42の厚み寸法の許容誤差範囲内に収まっているか否かで、リード42の列の正常/異常を判定するようにしても良い。
電子部品の各辺のリード42の列毎に、上述した方法でリード42の列の正常/異常を判定する。その結果、部品実装機40の制御部47は、電子部品のいずれかの辺のリード42の列に異常有りと判定した場合には、実装ヘッドを所定の廃棄場所の上方へ移動させて当該電子部品を当該所定の廃棄場所に廃棄する。
一方、部品実装機40の制御部47は、電子部品の全てのリード42の列が正常であると判定した場合には、実装ヘッドを部品撮像用カメラ45の上方に移動させて、実装ヘッドの保持部に保持されている電子部品を部品撮像用カメラ45で撮像して画像認識することで、当該電子部品の位置や角度のずれ量を計測して、実装ヘッドを回路基板の上方へ移動させ、当該電子部品の位置や角度のずれ量を補正して、当該電子部品のリード42を回路基板のランドに半田付けする。
以上説明した本実施例によれば、測定装置10の傾動機構部25によって平行レーザ光16の照射角度を変化させながら受光部15の受光信号を取り込んで平行レーザ光16のうちのリード42の列で遮光された部分の幅の測定値が増減するのを観測してその測定値の最小値を求め、その測定値の最小値に基づいてリード42の厚み寸法(又は厚み方向への変形量)を測定するようにしたので、平行レーザ光16の光軸に対してリード42の列が傾いていても、その傾きの影響を受けずに、リード42の厚み寸法又は厚み方向への変形量を精度良く測定することができる。
尚、本実施例では、測定対象を電子部品のリード42の列としたが、電子部品のボディ部分の所定部位としても良い。
また、本実施例では、測定装置10を部品実装機40に取り付けて使用するようにしたが、部品実装機40以外の機器に使用しても良い。従って、測定対象は、電子部品の所定部位に限定されず、電子部品以外の物品を測定対象としても良い。
測定装置10の平行レーザ光16の照射方向もほぼ水平方向に限定されず、上下方向等、ほぼ水平方向以外の方向であっても良い。一般に、測定対象の厚み方向は、平行レーザ光の幅方向(照射方向に対して直角方向)である。
また、平行レーザ光16のうちのリード42の列で遮光された部分の幅の測定値が増減するのを観測してその測定値が最小となったときのベース部13の傾き角度(平行レーザ光16の照射角度)に基づいて測定対象の厚み方向への傾き角度を測定するようにしても良い。この際、ベース部13の傾き角度(平行レーザ光16の照射角度)の測定方法は、傾動機構部25のモータ26の回転角を検出するエンコーダ等の回転角センサの出力信号に基づいてベース部13の傾き角度を測定するようにしても良いし、或は、ベース部13の傾き角度を検出するセンサを設けても良い。
また、本実施例では、投光部14と受光部15との間の平行レーザ光16の光路を2つの光路屈曲部材17,18でП状に屈曲させる構成としたが、光路屈曲部材17,18を無くして、投光部14と受光部15とを対向させて投光部14と受光部15との間の平行レーザ光の光路が一直線となるように構成しても良い。
その他、本発明は、上記実施例に限定されず、例えば、傾動機構部25の構成を変更したり、レーザ光以外の種類の平行光を用いても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。
10…測定装置、11…基台、13…ベース部、14…投光部、15…受光部、16…平行レーザ光(平行光)、17,18…光路屈曲部材、21…支持基板、22…角度調節部、23…軸、25…傾動機構部、26…モータ、27…カム、28…カムフォロア、34…基準位置部、35…測定制御部、40…部品実装機、41…部品供給装置、42…リード(測定対象)、44…実装ヘッド移動装置、46…マーク撮像用カメラ、47…部品実装機の制御部

Claims (7)

  1. 測定対象の厚み寸法、厚み方向への変形量、厚み方向への傾き角度のいずれかを測定する測定装置において、
    前記測定対象の厚み寸法よりも幅広な平行光を前記測定対象に対して照射する投光部と、
    前記投光部から照射された平行光のうちの前記測定対象で遮光されない部分の光を受光する受光部と、
    前記受光部の受光状態に基づいて前記平行光のうちの前記測定対象で遮光された部分の幅を測定する測定制御部と、
    前記投光部と前記受光部とを所定の位置関係で固定したベース部と、
    前記ベース部を傾動させることで前記平行光の照射角度を変化させる傾動機構部と、
    前記測定対象の厚みが前記平行光の幅内に収まる位置で前記測定対象を一定の姿勢に保持する保持部と
    を備え、
    前記測定制御部は、前記傾動機構部により前記ベース部を傾動させることで前記平行光の照射角度を変化させながら前記平行光のうちの前記測定対象で遮光された部分の幅の測定値が増減するのを観測してその測定値の最小値を求め、その測定値の最小値に基づいて前記測定対象の厚み寸法又は厚み方向への変形量を測定し、或は、前記測定値が最小となったときの前記ベース部の傾き角度に基づいて前記測定対象の厚み方向への傾き角度を測定する、測定装置であって、
    前記ベース部は、基台に軸を介して傾動可能に支持され、
    前記傾動機構部は、前記基台に設けられたモータと、前記モータにより回転されるカムと、前記カムに対して前記ベース部側に設けられたカムフォロアと、前記モータと一体に回転する第1のギアと、前記第1のギアと噛み合い前記カムと一体に回転する第2のギアとを備え、
    前記モータ、前記カム、前記カムフォロア、前記第1のギア及び前記第2のギアは、前記ベース部に対して前記投光部及び前記受光部とは反対側に設けられ、
    前記カムの回転により前記カムフォロアを前記ベース部の傾動方向に往復動させることで前記ベース部を前記軸を支点にして往復傾動させる、測定装置。
  2. 前記軸は、前記ベース部に対して前記投光部及び前記受光部とは反対側に設けられている、請求項1に記載の測定装置。
  3. 前記測定制御部は、前記測定値の最小値を求める際に前記ベース部を傾動前の角度から1往復傾動させて前記傾動前の角度に戻して停止させる、請求項1又は2に記載の測定装置。
  4. 前記ベース部の傾動前の角度を調節する角度調節部を備える、請求項1乃至3のいずれかに記載の測定装置。
  5. 請求項1乃至4のいずれかに記載の測定装置を搭載した部品実装機であって、
    前記保持部は、実装ヘッドに取り付けられた吸着ノズル又はチャックであり、
    前記測定装置は、前記ベース部の傾動前に前記平行光の照射方向が水平方向で且つ前記平行光の幅方向が上下方向となるように搭載され、
    前記測定対象は、前記吸着ノズル又は前記チャックに保持された電子部品の所定部位であり、
    前記測定制御部は、前記移動装置により前記実装ヘッドを前記平行光の上方へ移動させて前記吸着ノズル又は前記チャックに保持された電子部品の所定部位を前記平行光の幅内に収めて一定の角度に保持した状態で、前記傾動機構部により前記ベース部を傾動させることで前記電子部品の所定部位の厚み寸法、厚み方向への変形量、厚み方向への傾き角度のいずれかを測定する、部品実装機。
  6. 前記測定対象は、前記電子部品のリード列である、請求項5に記載の部品実装機。
  7. 前記測定制御部で測定した前記電子部品の所定部位の測定値が許容誤差範囲から外れていると判定した場合には、前記実装ヘッドを所定の廃棄場所の上方へ移動させて当該電子部品を当該所定の廃棄場所に廃棄する、請求項5又は6に記載の部品実装機。
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