JP3578588B2 - 電子部品実装装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品をプリント基板または液晶やプラズマディスプレイパネル基板などに自動的に実装する電子部品実装装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子部品実装装置においては、狭リードピッチ・狭リード幅のＱＦＰ・コネクターのような電子部品を実装する際には、プリント基板に装着する前に部品のリード浮きを自動検査するのが一般的である。
【０００３】
図９は従来の電子部品実装装置の実装工程図である。
従来の電子部品実装装置では、図９に示すような一連の処理を経て、狭リードピッチの電子部品を実装するものが多い。
【０００４】
すなわち、図９（ａ）に示す工程ではトレー３に格納されている電子部品２を実装装置のヘッド部７が吸着してピックアップする。
図９（ｂ）に示す工程では、吸着された電子部品２の画像を位置決め用カメラ４７で撮像し、画像処理装置を用いて位置決めし、その位置決め情報を得る。
【０００５】
図９（ｃ）に示す工程では、図９（ｂ）の工程で得られた位置決め情報を用いて、電子部品２を透過式のリード浮きセンサー４８でリード浮き検査するか、または、リード浮き検査用カメラ４９でリードの先端部または先端部の影を撮像して画像処理装置でリード浮き検査をする。
【０００６】
この検査の結果に異常がなければ、図９（ｄ）に示す工程で、図９（ｂ）の工程で得られた位置決め情報に基づいてプリント基板９および実装される電子部品２の補正計算を行い、電子部品２をプリント基板９の所定の位置に装着する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の電子部品実装装置では、図９に示す工程に従って行われる一連の処理を経て部品実装すると、図９（ｂ）に示す工程での位置決め用カメラ４７と、図９（ｃ）に示す工程でのリード浮きセンサー４８やリード浮き検査用カメラ４９とは、物理的に離れて設置されており、図９（ｂ）に示す工程で得られた位置決め情報を用いて図９（ｃ）に示す工程で部品の機械的な位置決めをする必要があることから各々の工程での処理は並列化できず、必然的にシリアル処理になり、各々の工程に対して実装部品の移動・停止・上下動などの動作を必要とする。
【０００８】
そのため、結果的に、実装部品の移動・停止・上下動などの動作時間も含めて、図９（ｂ）および（ｃ）に示す工程の処理時間が、そのまま全体の実装時間に利いてくることになり、それらの動作時間により全体の実装時間が増大化してしまうという問題点を有していた。
【０００９】
その上、図９（ｃ）に示す工程のように、透過式のリード浮きセンサー４８でリード浮きの検査をする際には、物理的な実装部品の４辺個別走査が必要となり、このための処理時間は通常１〜３秒程度である。この処理時間はこのような部品の実装時間を長くさせる要因となる。これは特に、ＱＦＰやコネクターを数多く実装する場合には大きなデメリットとなる。
【００１０】
一方、リード浮き検査用カメラ４９を用いてリード浮き検査をする場合にも、そのカメラの焦点合わせや分解能不足に起因する分割画像取込などから、上記と同様に、リード浮き検査に長時間を必要とし、やはり実装タクトタイムの問題が発生する。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑み、リード浮き検査などの３次元形状の検査が必要な部品を実装する際の実装タクトタイムを短縮することができ、また、部品実装の際の撮像画像に対して水平・垂直両方向の画素サイズ（分解能）を保証することができ、さらに、ＱＦＰやコネクターなどの狭ピッチ部品の実装の際には、その実装の高速化・高分解能化（高精度化）に柔軟に対応することができる電子部品実装装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品実装装置は、電子部品の３次元画像データに対する画像処理を行う制御部を備え、この制御部を、３次元画像撮像手段の上を移動する電子部品の移動方向に対して垂直方向のレーザー光走査により得られる電子部品の３次元画像を画像メモリーに取り込むとともに、電子部品を移動させる移動装置の動作速度を一定とするよう構成したことを特徴としたものであり、リード浮き検査などの３次元形状の検査が必要な部品を実装する際の実装タクトタイムを短縮することができ、また、部品実装の際の撮像画像に対して水平・垂直両方向の画素サイズ（分解能）を保証することができ、さらに、ＱＦＰやコネクターなどの狭ピッチ部品の実装の際には、その実装の高速化・高分解能化（高精度化）に柔軟に対応することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
なお、基板に実装すべき電子部品を供給する部品供給部と、前記電子部品を保持するヘッド部と、前記ヘッド部を移動させるヘッド部移動装置と、前記ヘッド部の移動領域の下方に配設されかつレーザー光によるライン走査を行うことにより前記ライン毎の高さデータを得る３次元画像撮像手段と、３次元画像撮像手段からの前記高さデータを３次元画像データとして記憶する画像メモリーと、前記電子部品の前記３次元画像データに対する画像処理を行う制御部とを備えた構成を考えた場合には、次のようになる。
【００１４】
この場合には、３次元画像撮像手段にて実装部品の３次元画像を取り込み、この３次元画像に対する画像処理を行うことで、電子部品の位置決めと３次元的な部品形状の検査とを同時に行うことができる。
【００１５】
これは、従来技術が図９に示すように、カメラによる位置決めとリード浮き検査のような３次元形状検査とがシリアル（別工程）の処理であったものを、図１０に示すように位置決めと３次元検査の同時処理を可能とし、結果的には部品実装時間の大幅な短縮につながるものである。ここで、図１０を用いて図９に示す従来技術との違いを簡単に説明する。
【００１６】
図１０において、２は実装される電子部品、３は電子部品２が載っているトレー、７は電子部品２を移動させるヘッド部、８は３次元画像を撮像する３次元画像撮像手段としての３次元センサー、９は電子部品２を実装する対象であるプリント基板である。
【００１７】
図１０（ａ）に示す工程では、電子部品２はトレー３からヘッド部７でピックアップ（吸着）される。図１０（ｂ）に示す工程では、３次元センサー８の上を電子部品２がヘッド部７の移動動作につれて移動するとき、この移動動作と３次元センサー８から発せられるレーザー光８ａによる走査とで、吸着・移動されている電子部品２の底面部２ａの３次元画像を、画像処理装置Ｇ１内の画像メモリーＭ１に取り込み、これを画像処理することで、電子部品２の位置決めと３次元形状検査との両方を行う。図１０（ｃ）に示す工程では、画像処理装置Ｇ１の画像処理により求まった位置決め情報をもとに、プリント基板９の上に電子部品２を実装する。
【００２０】
請求項１に記載の電子部品実装装置は、基板に実装すべき電子部品を移動させるための電子部品移動装置と、ポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーに対してレーザー光を発光する半導体レーザーと、１つ以上の位置検出素子と、前記電子部品の底面に当たっているレーザー光を前記位置検出素子の上に結像させる結像レンズとを設け、前記半導体レーザーを、そのレーザー光が回転運動中の前記ポリゴンミラーに当たって反射して前記電子部品の底面に当たるように配置し、前記移動装置による電子部品の移動動作と前記ポリゴンミラーの回転運動によって発生するレーザー走査とに基づいて、前記位置検出素子が出力するデータを演算して得られる前記電子部品の３次元画像を画像メモリーに取り込み、前記３次元画像で電子部品の位置決めと部品形状検査とを行うことを特徴とする。
【００２１】
この構成によると、ポリゴンミラーや半導体位置検出素子および半導体レーザーなどから構成される３次元画像撮像手段により、電子部品に対する３次元画像を撮像して、その電子部品の位置決めと３次元形状検査とを同時に行うことを可能にする。
【００２２】
請求項２に記載の電子部品実装装置は、請求項１において、電子部品移動装置の基準位置からの移動量を算出する移動量検出回路と、ポリゴンミラーの回転量信号を受けて前記ポリゴンミラーの基準位置からの回転量を算出する回転量検出回路と、前記電子部品移動装置の移動量と前記ポリゴンミラーの回転量とを比較する第１の比較回路とを備えて、第１比較回路での比較結果として、両者の差が許容範囲内ならば、画像メモリーに記録されたデータを有効なデータとして取り扱い、前記許容範囲外ならばデータを無効とするようにしたことを特徴とする。
【００２３】
請求項３に記載の電子部品実装装置は、請求項１または請求項２において、電子部品移動装置の各時間での移動速度を算出する移動速度検出回路と、ポリゴンミラーの回転量信号を受けて前記ポリゴンミラーの各時間での回転速度を算出する回転速度検出回路と、前記電子部品移動装置の移動速度と前記ポリゴンミラーの回転速度とを比較する第２の比較回路とを備えて、第２比較回路での比較結果として、両者の差が許容範囲内ならば、画像メモリーに記録されたデータを有効なデータとして取り扱い、前記許容範囲外ならば前記データを無効とするようにしたことを特徴とする。
【００２４】
この構成によると実装する電子部品を移動させる移動装置の移動量とポリゴンミラーの回転量ないしは移動装置の移動速度とポリゴンミラーの移動速度の一方または両方とを回路的に監視することで、独立運動している移動装置とポリゴンミラーの両方の走査運動で取り込まれる３次元画像の正規性（部分的な歪みが無く画像縦横比が一致すること）を確保し、３次元画像を処理して得られる演算結果の精度・信頼性を保証する。
【００２５】
請求項４に記載の電子部品実装装置は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、３次元画像を取り込むための基本クロックの速度を変更するクロック速度変更手段を備え、前記３次元画像に対して高分解能が必要な場合には、前記クロック速度変更手段により基本クロックを高速にするとともに、電子部品移動装置の移動速度を低速にし、前記３次元画像の取り込みに高速性が必要な場合には、前記クロック速度変更手段により前記基本クロックを低速にするとともに、前記電子部品移動装置の移動速度を高速にすることを特徴とする。
【００２６】
この構成によると、３次元画像を取り込むための基本クロックの速度（周波数）を変更し、併せて撮像対象を移動させる移動装置の移動速度を加減速させて動作させ、取り込まれた画像の正規性を損なうことなく、実装部品に応じて電子部品の位置決めや３次元的な部品形状検査を行う際に、位置決めや検査の精度重視の場合には分解能向上し、スピード重視の場合には走査速度向上するという切替を容易に実現する。
【００２７】
請求項５に記載の電子部品実装装置は、請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、電子部品が画像取り込み開始位置に位置したのち、レーザ光での走査開始位置に位置するまでの時間に、前記電子部品が移動する距離を計算する計算手段を備え、前記計算手段により計算された距離を考慮して、３次元画像で前記電子部品の位置決めを行うようにしたことを特徴とする。
【００２８】
この構成よれば、前記計算手段により計算された計算結果に基づいて部品の位置決めを行うようにすれば、タイミングのずれのバラツキに伴う位置決め精度の低下を防止することができて、位置決めをより高精度に行うことができる。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は本発明の実施の形態の電子部品実装装置を示す。
図１において、１は電子部品実装装置の実装装置本体、２は本装置で実装される電子部品（以下、部品と略記する）、３は部品２が載っているトレー、４はトレー３に載った部品２を自動供給する部品供給部としてのトレー供給部、７は実装時に部品２を吸装着するヘッド部、５はヘッド部７をｘ軸方向に移動させるものであって、ｘｙロボットの一部を構成するｘ軸側のロボット（以下、ｘ軸ロボットと略記する）、６ａおよび６ｂはヘッド部７をｘ軸ロボット５とともにｙ軸方向に移動させるｘｙロボットの一部を構成するｙ軸側のロボット（以下、ｙ軸ロボットと略記する）、８は３次元（以下、３Ｄと略記する）センサーであり、部品２の高さ画像を撮像する。９は部品２が実装されるプリント基板である。
【００３０】
トレー３に載っている部品２がヘッド部７で吸着され３Ｄセンサー８の上をｘ軸ロボット５に沿って移動するときに、３Ｄセンサー８によって部品２の３Ｄ（高さ）画像が取り込まれる。３Ｄセンサー８によって得られた（高さ）画像をソフトウェア処理して、部品２の位置決めおよびリード浮きなどの３Ｄ形状検査を行い、位置決め情報に従って、部品２がプリント基板９の上の所定の位置に装着される。
【００３１】
図２は３次元画像取り込みを表している。
図２において、２はｘ軸ロボット５の動作によって移動している部品、８は３次元センサー、４４はポリゴンミラーによって走査されるレーザー光、４５は部品２のリードの一つであり装着面と反対側に曲がっている（浮いている）リード、４６はリード４５を３Ｄセンサー８で撮像したときの高さデータである。
【００３２】
図２（ａ）〜（ｃ）は、３Ｄセンサー８の上を部品２を移動させ、レーザー光４４を部品２の移動と垂直な方向に走査させて部品２の底面にレーザー光４４を投光し、このレーザー光４４の反射を半導体位置検出素子に結像させ、この半導体位置検出素子の出力を逐次高さ演算することで、部品２の３次元画像の画像メモリー３５への取り込みが行われる様子を表している。
【００３３】
画像メモリー３５の各水平行に取り込まれるデータは、上記の方法で高さ演算された各レーザー走査線の上にある物体（この場合、部品２のリードやパッケージ部）の３Ｄセンサー８側からの高さデータで、Ｘ−Ｙ断面図のごとくになる。
【００３４】
図２（ｄ）〜（ｆ）は、部品２が３Ｄセンサー８の上を通過し終えた時点での画像メモリー３５の様子を表しており、特にリード４５が浮いているとすると、Ｚ−Ｗ断面図のなかで、リード４５に対応する高さデータ４６は他のリードのものと比較すると大きい値となる。このデータ比較によりリードのリード浮き検査のような３次元形状の検査が可能になる。
【００３５】
また、画像メモリー３５には、２次元的な部品２の画像データが入力されるため、この情報を画像処理すれば、輝度データと高さデータの違いはあるが、カメラなどの撮像デバイスを用いて画像処理するのと同様の方法で部品の位置決めが可能となる。
【００３６】
図３は実装動作を示す。
図３（ａ）において、点Ａから点Ｂ、点Ｂから点Ｃ、点Ｃから点Ｄの各矢印で表される軌跡は、本実施の形態の電子部品実装装置が、部品２をトレー３からピックアップして３Ｄセンサー８の上を通過させ、３Ｄセンサー８により部品２の３次元画像を撮像し、この画像データを画像処理して部品の位置決め・検査を行って装着位置の補正計算をし、プリント基板９の上の所要の位置に部品２を装着する一連の動作を表している。
【００３７】
図３（ｂ）および（ｃ）は、このときの図３（ａ）に示す部品２の軌跡に対応するｘ軸方向およびｙ軸方向の各々のロボットの移動動作の加減速の変化の様子を表わしている。ここで、点Ｂと点Ｃ間のｘ軸方向の移動の途中で３Ｄセンサー８の上を部品２が通過し、ここで３次元画像が撮像されるのであり、この間のｘ軸ロボットの動作速度は一定で、ｙ軸ロボットについては停止させている。
【００３８】
また、残りの動作については、トータルの実装時間を最短にするために、点Ａと点Ｂ間の動作から点Ｂと点Ｃ間の動作、点Ｂと点Ｃ間の動作から点Ｃと点Ｄ間の動作、という速度切替点での一時停止を伴う加減速動作をなくし、機械実装の動作の高速化を図っている。
【００３９】
３Ｄセンサー８の構成と働きについて、以下に詳細に説明する。
図４は３Ｄセンサー８をｘ軸方向に見た図であり、図５は３Ｄセンサー８をｙ軸方向に見た図である。図４および図５において、１０はレーザー光を発光する半導体レーザー、１１はこのレーザー光を集光整形する集光整形レンズ、１２はミラー面に当たったレーザー光を機械的回転によって走査させるポリゴンミラー、１３はレーザー光の一部を通過させ一部を反射させるハーフミラー、１４は光を反射させるミラーである。
【００４０】
１５はポリゴンミラー１２で機械的に振られたレーザー光を被写体である部品２に垂直に投射させるように光路変換させるＦ−θレンズ、１６ａ，１６ｂは部品２に当たったレーザー光の反射（散乱光）を結像させる結像レンズ、１７ａ，１７ｂは部品２に当たったレーザー光の反射光が結像レンズ１６ａ、１６ｂを通して結像される位置検出素子としての半導体位置検出素子（以下、ＰＳＤと略記する）であり、結像した光の位置と相関のある電気信号を発生する機能を有する。１８ａ，１８ｂはＰＳＤ１７ａ，１７ｂの出力信号である。
【００４１】
ここで、半導体レーザー１０で発光されたレーザー光は、集光整形レンズ１１でビーム形状を集光整形された後、ハーフミラー１３を通過し、ミラー１４を反射して、ポリゴンミラー１２に当たる。ポリゴンミラー１２は定速回転運動をしており、ミラー面に当たったレーザー光は振られることとなる。更に、Ｆ−θレンズ１５で光路変換されたレーザー光は部品２に垂直に当てられ、この反射光が結像レンズ１６ａ，１６ｂを介してＰＳＤ１７ａ，１７ｂに結像され、ＰＳＤ１７ａ，１７ｂが部品２のレーザー反射面の高さを計測し得る出力信号１８ａ，１８ｂを発生する。
【００４２】
図５において、１９は光が入力されたことを感知する光センサー、２０は光センサー１９に光が入力されたことを外部に知らせる信号であり、この信号はポリゴンミラー１２の各ミラー面が所定の角度に来たとき変化するもので、いわば、ポリゴンミラー１２の各面の原点信号（面原点）にあたる。更に、例えば１８面のポリゴンミラー１２であれば一回転に１８回の信号が、各々等間隔（１８面であれば２０度毎）の角度だけ回転したとき出力されることとなる。これをポリゴンミラー１２の回転量信号と呼ぶ。
【００４３】
本実施の形態における３Ｄセンサー８は、２系統のＰＳＤ回路を有しているが、これは１系統ではレーザー光が部品に当たったときに、角度的にＰＳＤに反射光が帰ってこない場合があるため、これを補うのが主な目的で設けている。３系統以上設けるほうが有効な場合もあるが、技術的には同じことであり、ここでは２系統で説明する。
【００４４】
ここで、前記の半導体位置検出素子（ＰＳＤ）１７ａ，１７ｂによる計測対象物である部品２の上の高さの測定方法の一例を、半導体位置検出素子１７ａの場合について代表して、図１１に基づいて説明する。
【００４５】
図１１において、Ｆ−θレンズ１５から紙面に垂直方向に走査して部品２の上に投射されるレーザビームは、部品２から乱反射する。この場合、投射された点が、部品２の底面上の高さ０のＡ１点と前記底面から高さＨのＢ１点とであるとする。
【００４６】
乱反射したレーザビームは結像レンズ１６ａによって集光され、それぞれが半導体位置検出素子１７ａの上のＡ２点とＢ２点とに結像する。その結果、Ａ２点とＢ２点とに起電力が発生し、それぞれＣ点から電流Ｉ１，Ｉ２、Ｄ点から電流Ｉ３，Ｉ４が取り出される。
【００４７】
電流Ｉ１，Ｉ３は、Ａ２点とＣ点との間の距離ｘＡとＡ２点とＤ点との間の距離に比例する抵抗成分によって決まり、電流Ｉ２，Ｉ４は、Ｂ２点とＣ点との間の距離ｘＢとＢ２点とＤ点との間の距離とに比例する抵抗成分によって決まるので、半導体位置検出素子１７ａの長さをＬとすると、図１１のｘＡ，ｘＢは次式のようにして決まる。
【００４８】
ｘＡ＝ＬＩ３／（Ｉ１＋Ｉ３）
ｘＢ＝ＬＩ４／（Ｉ２＋Ｉ４）
従って、図１１の半導体位置検出素子１７ａの上でのＡ２点とＢ２点との間の距離Ｈ’は次式で決まる。
【００４９】
Ｈ’＝ｘＡ−ｘＢ
このようにして求められたＰＳＤの上の高さＨ’に基づいて前記高さＨが決定される。
【００５０】
次に、３Ｄ画像を撮像する仕組みを、図６と図７を用いて説明する。
図６において、２１は本電子部品実装装置の主制御部、２２はｘ軸ロボット５上で３Ｄ画像の撮像のための基準位置を主制御部２１に知らせる基準位置センサー、２３はヘッド部７がこの基準位置センサー２２を通過したときに、これを主制御部２１に知らせる基準位置信号、２４はｘ軸ロボット５を移動させるモーターのエンコーダー、２５はエンコーダー２４の出力するエンコーダー信号である。
【００５１】
トレー３からピックアップされた部品２がｘ軸ロボット５によってｘ軸の上を移動するとき、エンコーダー２４は常にエンコーダー信号（ＡＢ相、Ｚ相またはこれと等価な信号）２５を主制御部２１に与えており、基準位置センサー２２を部品２が通過するとき、基準位置信号２３が主制御部２１に与えられることから、この両方の信号で部品２のｘ軸上の基準位置からの相対位置を主制御部２１が算出できる。
【００５２】
一方、３Ｄセンサー８内にあるポリゴンミラー１２の回転量は、これが回転している間回転量信号２０として常に主制御部２１に与えられており、これと基準位置信号２３とからポリゴンミラー１２の基準位置通過後の回転量を算出することができる。
【００５３】
ここで、ポリゴンミラー１２の回転量はその速度に比例して増加し、ｘ軸ロボット５の移動量も同様のことが言える。一方、本実施の形態における３Ｄセンサー８では、ポリゴンミラー１２と３Ｄ画像撮像時のｘ軸ロボット５は各々等速に回転・直進することを前提としている。もしも、この条件が乱れる場合には、撮像される３Ｄ画像の水平・垂直方向の一画素当たりの分解能（画素サイズ）が速度ムラに応じてバラつくこととなる。これは、計測精度上の誤差要因である。そこで本実施の形態の電子部品実装装置では、上記構成の３Ｄセンサー８で３Ｄ画像を主制御部２１内にある画像メモリー３５に取り込むとともに、基本的に等速回転運動しているポリゴンミラー１２と、サーボモーターなどのモーターで駆動されているヘッド部７の間の動作の整合性を監視・制御するために、ポリゴンミラー１２の回転量信号２０とモーターのエンコーダー信号２５とを用いるものである。
【００５４】
図７において、２６はエンコーダー信号２５を受けてｘ軸ロボット５の基準位置からの移動量（距離）を算出する移動量検出回路、２７はエンコーダー信号２５を受けてｘ軸ロボット５の各時間での移動速度を算出する移動速度検出回路、２８はポリゴンミラー１２の回転量信号２０を受けてｘ軸ロボット５の基準位置からの回転量を算出する回転量検出回路、２９は回転量信号２０を受けてポリゴンミラー１２の各時間での回転速度を算出する回転速度検出回路、３０はｘ軸ロボットの動作とポリゴンミラー回転間の移動量の比較を行う第１の比較回路、３１はｘ軸ロボットの動作とポリゴンミラー回転間の移動速度の比較を行う第２の比較回路、３２，３３は各々比較回路３０，３１の比較結果を格納する記憶回路、３４は主制御部２１の全体を制御・監視するプロセッサー回路、３５は３Ｄ画像（高さ画像）を取り込みまた記憶させておくための画像メモリー、３６は３Ｄセンサー８が送り出すＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂを画像メモリー３５に取り込むための各種のタイミング信号を発生するタイミング発生回路、３７はＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂを主制御部２１が受け取るためのインターフェース回路、３８はＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂを高さ信号に変換・補正する高さ演算回路である。
【００５５】
３Ｄセンサー８の発生するＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂは、インターフェース回路３７によって主制御部２１に入力される。入力されたＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂは、基本的にＰＳＤ１７ａ，１７ｂが出力する原信号であり、ソフトウェア的な処理を高さ画像に対して施すためには、高さ変換・補正演算などの種々の演算をＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂに対して行う必要があり、高さ演算回路３８でこれを行う。高さ演算回路３８で演算された信号は、高さデータとして画像メモリー３５に取り込まれ、プロセッサー回路３４によって種々のソフトウェア処理が施される。
【００５６】
また、画像メモリー３５への高さデータの取り込みは、画像メモリー３５の各水平行について逐次行われるが、ポリゴンミラー１２の回転量信号２０を各ポリゴン面の同期信号（基準信号）として用いるものである。
【００５７】
このような一連の撮像動作において、ｘ軸ロボット５の動作（つまり撮像対象部品の移動）とポリゴンミラー１２の動作は独立になされており、エンコーダー信号２５を基にｘ軸ロボット５の移動量・速度を移動量検出回路２６および移動速度検出回路２７で各々算出し、ポリゴンミラー１２の回転量信号２０を基にポリゴンミラー１２の回転量・回転速度を回転量検出回路２８および回転速度検出回路２９で各々算出して、ｘ軸ロボット５およびポリゴンミラー１２の移動量と移動速度とを比較回路３０，３１で比較し、比較結果を記憶回路３２，３３に記憶することで、ｘ軸ロボット５の移動およびポリゴンミラー１２の回転の両動作の同期動作の監視あるいは制御を行うものである。
【００５８】
監視の一例としては、前記比較回路３０，３１の各比較回路において、その比較結果として差が許容範囲内ならば、画像メモリーに記録されたデータを有効なデータとして取り扱う一方、前記差が許容範囲外ならば前記データを無効とするようにし、比較誤差が一定以上大きい場合には撮像不良として、再度撮像し直すか、あるいは比較結果を参照して、画像メモリー３５内の３Ｄ画像をソフトウェアないし付加回路を設けて正規化や補正処理などが考えられる。
【００５９】
ここで、ポリゴンミラー１２の回転量を移動量に変換する一例を述べる。
今、仮に、ポリゴンミラー１２が１２面体であり、ポリゴンミラー１２が３０°（ ＝ ３６０°÷１２ ）回転する間に、部品２が４０μｍ移動するように設計されているとする。このとき、画像取り込み開始後のポリゴンミラー１２の回転量を１２５．５回転とすると、部品２は、１２５．５（回転）×１２（面／回転）×４０（μｍ）＝６０２４０（μｍ）だけ移動していることになる。
【００６０】
これを回路的に実現するには、ポリゴンミラー１２からの回転量信号２０のパルス数（ポリゴンミラー１２の各面の基準点である面原点からの信号の数）を画像取り込み中にカウントすればよい。前記の例では、１２５．５回転しているとき、１２５．５（回転）×１２（面原点数）＝１５０６だけ面原点がカウントされることになる。
【００６１】
よって、回転量信号２０のパルス数が１５０６個になると、部品２が４０μｍ移動したとみなすことができて、ポリゴンミラー１２の回転量を移動量に変換することができる。
【００６２】
また、図８は高さ演算回路３８の内部構成図であり、４１はＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂをＡ−Ｄ変換するＡ−Ｄ変換回路、４２はクロック発生回路、４３はクロック発生回路４２から発生される複数のクロックから一つを選択してＡ−Ｄ変換回路４１や画像メモリー３５に一つの速さ（周波数）のクロックを与えるクロック速度変更手段としてのクロック選択回路、４４はＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂについて三角測量の原理で計算する高さ変換回路、４５はＰＳＤ１７ａ，１７ｂの面上に結像する光の位置と測定対象に当たるレーザー光の位置との間の非線形関係を補正する高さ補正回路であり、ここではクロック発生回路４２によって発生される２つまたはそれ以上の種類の周波数のクロックをクロック選択回路４３で選択して、主制御部２１の内でこの信号を必要とするＡ−Ｄ変換回路４１や画像メモリー３５などの所要の回路に選択されたクロックを与え、同時にｘ軸ロボットの動作速度をこのクロックの速さに反比例して加減速させることで、特別な回路を付加することなく撮像画像（３Ｄ画像）の水平・垂直方向の画素サイズを等しいものに保ちながら、分解能を変更することが可能となる。
【００６３】
例えば、４ＭＨｚでＡ−Ｄ変換させており、１００ｍｍ／ｓでｘ軸ロボット５を移動させたとき、水平・垂直方向の画素サイズが等しく５０μｍ画素であるとする。このとき８ＭＨｚのクロックを選択して各所要の回路に与え、５０ｍｍ／ｓでｘ軸ロボットを移動させれば、取り込まれる画像の画素サイズ（分解能）は２５μｍ画素とすることができることになる。
【００６４】
このとき、一行（水平行）当たりのデーター量は２倍になり、且つ垂直方向についても同様のことがいえる。このため、２倍の分解能の画像を同一視野サイズ分だけ得ようとすると、４倍の画像メモリー３５の容量が必要になる。これについては、画像メモリー３５の容量拡大を選択するか、または分解能向上時には視野サイズを限定して使用するかの選択になる。
【００６５】
次に、主制御部２１による画像取り込みから画像処理動作における各信号との関係について、図７と図８，図１２と図１３に基づいて説明する。
部品２を吸着する前記ヘッド部７を移動させるｘ軸ロボット５内には前記モータが内蔵されており、前記モータに付加されたエンコーダからは通常移動距離を表すＡＢ相信号と、ある固定位置（モータのある回転角度）を表すＺ相信号とが出力される。
【００６６】
このＺ相信号と、基準位置を検出する位置検出センサー（該センサーとしては、フォトセンサー、またはホール素子などが用いられる）からの位置検出センサー信号との両方が受け取られると、画像データ取り込み動作が開始される。
【００６７】
前記Ｚ相信号と位置検出センサー信号との両方が受け取られた後から画像データ取り込み開始までの時間は、ごく短いため、前記２種類の信号を受けて、図１３のように、ポリゴンミラー１２の面原点を表す回転量信号に同期して、レーザ発光と画像データ取り込みの一連の動作は、プロセッサ回路を介さないでハードウェア的に自動で行われるように、タイミング発生回路は画像データ取り込みタイミングを出力する。
【００６８】
この出力により、例えば１０００行分の画像データを取り込む。このように、回転量信号２０が取り込まれた時点をポリゴンミラー１２の各面の基準位置（面原点）として取り扱い、画像データ取り込みの開始基準とする。そして、例えば１つの部品あたり１０００行の画像データを取り込む場合、１０００行の画像データを取り込むと、自動的に当該部品に対する画像取り込みを終了するようにする。
【００６９】
各ＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂからは前記したように２つのアナログ信号が入力され、図１２に示すようにアンプ回路２０２で増幅されたのち、これらの２つのアナログ信号をインターフェース回路３７を介して高さ演算回路３８のＡ−Ｄ変換回路４１でＡ−Ｄ変換する。その後、ＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂのデジタル化した２つの信号のそれぞれを基に前記した高さ演算を行ってリードの高さ位置を算出する。ここで、前記デジタル化した信号の値が許容範囲内ならば、正常なデータとして以後の処理を行う一方、許容範囲外ならば、異常なデータとして以後の処理を停止する。すなわち、２つのＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂにおいて、一方の出力の値が許容範囲内ならば、その許容範囲内のＰＳＤ出力のみ使用し、両方の出力の値とも許容範囲内ならば両者の平均値を取る。両方の出力の値とも許容範囲外ならば両方のＰＳＤ出力についてのその後の処理は行わずに、エラーが発生したとして処理する。
【００７０】
このようにしてリード高さデータを演算したのち、高さ補正回路４５で高さ補正を行う。この高さ補正は、ＰＳＤ１７ａ，１７ｂに対する入射光の位置が線形に変化しても、ＰＳＤ１７ａ，１７ｂ上での位置が線形に変化しないことに起因して行うものであり、予めテーブルや曲線式を記憶しておき、上記演算された高さデータを補正して、正確な高さデータとするものである。
【００７１】
高さ補正された高さデータは、画像メモリー回路３５に入力されて、タイミング発生回路３６から得たタイミングをアドレスとして記憶させる。
そして、回転量検出回路２８と移動量検出回路２６との比較回路３０での比較結果として記憶回路３２に記憶されたデータから、画像データが許容範囲内のものか否か判断する。許容範囲外ならば、画像メモリ回路３５に記憶された画像データを無効なものとして取り扱う。許容範囲内ならば、プロセッサー回路３４から画像メモリー回路３５に記憶されたデータを読み出して部品の位置決めなどの画像処理が行われる。
【００７２】
以下に、より詳細に前記１つの部品２に対する画像取り込み動作および取り込まれた画像の処理動作の流れの一例を、図１４に基づいて説明する。
まず、ステップ＃６０で部品２の画像取り込みを行う。
【００７３】
次いで、ステップ＃６１で、画像が取り込まれた部品２のリードの位置決めを行う。この位置決めには、種々の方法（アルゴリズム）があるが、ここでは代表的なものを説明する。
【００７４】
まず、図１５（ａ）に示すように、ＱＦＰなどの四角形の電子部品２の１つの辺のリードの傾きを粗く検出する。
次いで、図１５（ｂ）に示すように、検出されたリードの中から任意に選択された２つのリードの位置を大まかに検出する。
【００７５】
最後に、図１５（ｃ）に示すように、大まかに検出されたリード位置を基にリード位置を精度良く検出する。
このようにして、ＱＦＰのような四角形の部品の１つの辺のリードの位置が検出されれば、このリード位置を基に、他の辺のリードについては、図１５（ｃ）に示すようにリード位置を精度良く検出すればよい。
【００７６】
次いで、＃６２でリードピッチが適正か否か判断する。適正であればステップ＃６３で前記したように各リードの高さの演算を行う。この高さの演算は、図１７に示すように、ステップ＃６１で求められたリード位置情報から、各リードについてリード先端部２０４（図中、斜線部分）周辺の複数の画素（図１７での小さな各四角形に相当）の高さ情報（これは画像メモリーに格納されているデータそのものである）を平均化することで、リード高さが求められる。位置決めで求められた各リードの位置に、このリード高さを加えた情報（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）が各リードの３次元位置となる。ただし、ｉ＝１，・・・，ｎで、ｎはリード本数である。
次いで、ステップ＃６４で仮想平面（シーティング・プレーン）の計算を行う。ここで、仮想平面について説明する。
【００７７】
一般に、ＱＦＰなどの複数のリードを有する部品では、基板に実装されたとき、一部のリードが基板の電極部から離れる、いわゆるリード浮きの状態が生じる場合がある。部品を実装する前に部品のリードの浮きを検出するための処理がステップ＃６５で行うリード浮き検出であるが、この処理を部品がノズルに吸着された状態で行おうとすると、図１６（ａ）に示すように部品２が傾いてノズル７ａに吸着されている可能性もあるため、単純にリード各点の高さを求めるだけでは正確にリードの浮きを求めることができない。そこで、部品を実装したときの接地平面ととなる仮想平面を求めて、その仮想平面から各リードまでの距離を求めて、リード浮き量を評価する必要がある。
【００７８】
なお、図１６（ａ）において、２０１は基準平面、２００はノズル７ａの吸着により部品２に生じた傾きによる２つのリードの高さ間の誤差（Ｈ１−Ｈ２）を示している。
【００７９】
仮想平面２０２は、部品２の持つ３点のリード位置から構成される平面であり、以下の２つの条件を満たす平面が仮想平面２０２の構成点となりえる。
（１） 図１６（ｂ）に示すように、すべてのリード位置が、仮想平面２０２より上方若しくは仮想平面上に存在すること。
【００８０】
（２） 図１６（ｃ）に示すように、部品２の重心を仮想平面２０２に投影した点（重心投影点）２０３が、仮想平面２０２を構成するリード位置の３点が生成する三角形内に存在すること。
【００８１】
次いで、ステップ＃６３で演算された高さおよびステップ＃６４で求められた仮想平面を基に、ステップ＃６５でリードの浮きが許容範囲内か否か判断する。リードの浮きは、すべてのリードについて、リードの３次元位置から求められた仮想平面までの距離を計算することにより行われる。この距離が、各リードの仮想平面からのリード浮き量であり、この値が許容範囲内ならば画像処理動作を終了する。許容範囲外ならば、ステップ＃６７でリード浮きエラーとして画像処理動作を終了する。また、ステップ＃６２でリードピッチが許容範囲外ならば、ステップ＃６６でピッチエラーとして画像処理動作を終了する。
【００８２】
次に、画像取り込みタイミングのずれの補正処理の一例について説明する。
図１２は、図７の主制御部２１と各装置との関係を示す図であり、検出回路２６〜２９、比較回路３０，３１、記憶回路３２，３３、プロセッサー回路３４とを１つのポリゴンミラー制御部２００として示されている。図１３は画像取り込みタイミングを示すタイミングチャートである。
【００８３】
図１２と図１３において、ヘッド部７の移動に従って部品２が特定位置に位置したとき３次元センサー８が前記位置検出センサー信号を出力し、かつ部品を移動させるモータのエンコーダ出力の１つで一定位置を保証する、Ｚ相が出るタイミングでポリゴンミラー制御部２００は画像データ取り込みのための準備動作に入る。
【００８４】
この準備動作に入ったのち、実際の画像データの取り込みは、ポリゴンミラー１２の面原点の検出動作に同期して１ライン毎に取り込む。すなわち、ポリゴンミラー１２の面原点を示す回転量信号２０が検出され、半導体レーザ１０のレーザー光の発光がなされると同時的に画像取り込みが行われるようにしている。
【００８５】
このとき、図１３に示すように、ヘッド部７が画像データ取り込み開始位置に位置してから、実際に画像データ取り込み動作に入るにはタイムラグがある。このタイムラグは、ヘッド部７とポリゴンミラー１２の動作が非同期であることから、画像取り込みまでに部品２が移動してしまう量ｔと、回路的なセットアッブのために固定時間分「準備期間」として遅れが出る分とによるものである。
【００８６】
前記タイムラグ後に、１フレーム分の画像がポリゴンミラー１２の同期で取り込まれる。
よって、部品２が３次元センサー８の画像取り込み開始位置に位置してから、３次元センサー８のポリゴンミラー１２が走査開始位置に位置するまでの時間に部品２が移動する距離を、部品を移動させているモータのエンコーダ出力（ＡＢ相）を計数回路３００で回路的に計数して求め、処理回路３４に出力する。そして、その結果に基づいて部品２の位置決めを行うようにすれば、タイミングのずれのバラツキに伴う位置決め精度の低下を防止することができて、位置決めをより高精度に行うことができる。
【００８７】
上記の実施の形態では、ヘッド部７が１つの吸着ノズルで１つの電子部品２を吸着する場合について述べたが、ヘッド部７が複数のノズルを備えている場合にも本発明は適用できる。また、このように複数のノズルで複数の部品を吸着した状態で、連続的に位置決めおよび部品形状検査を行うとき、例えば、１つの部品当たり１０００行の画像データを取り込むとした場合、４個のノズルでは、４０００行の画像データを取り込み、１０００行ごとに１つの部品の画像データとして取り扱う。
【００８８】
タクトタイムの中に占める部品の位置決めと３次元形状の検査に関する時間は極めて大きいものである。しかしながら、本発明によれば、複数ノズルで複数の部品を連続して３Ｄセンサーで３次元画像を取り込み、引き続いて順次装着するとき、部品の取り出しから装着対象基板までの部品移動に関する時間は、１ノズル１部品であっても、複数ノズル複数部品であっても、ほぼ一定であり、タクトタイムの短縮の点で特に効果が大きい。
【００８９】
また、このように複数のノズルを備えたヘッド部７では、図１８に示すように、電子部品２の装着順を考慮して、画像処理順を適宜変更可能とすることもできる。すなわち、例えば４本のノズル（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）がこの順に部品２を吸着して画像データを画像メモリ回路３５に取り込む一方、Ｎｏ．４〜Ｎｏ．１の順に４本のノズルが基板に対して実装を行うとき、各部品の画像データを取り込む毎に、取り込まれた画像データの画像処理を他の部品の画像データの画像処理よりも優先して行うべきか否か判断して、最も優先させるべき部品の画像処理を優先して行うこともできる。
【００９０】
このような場合には、最も装着が早いものから順に画像処理を行うため、画像処理が終了すれば、他の部品の画像処理中であっても実装を行うことができる。また、上記の説明からも明らかなように、分解能を上げるためにはクロック速度の向上と同時に、ｘ軸ロボット５の速度を落とす必要がある。
【００９１】
いずれにしても、ＱＦＰやコネクターなどの部品の狭ピッチ化に対応するためには、画像の高分解能化が不可欠であり、一方である程度荒い分解能で計測できる部品については極力速い走査で撮像したいことになる。そのような場合にこの高分解能化の手段は非常に有効である。
【００９２】
なお、上記の実施の形態においては、ヘッド部７のｘ軸ロボット５上の基準位置からの相対位置を検出するためエンコーダ２４の出力を用いていたが、ｘ軸ロボット５に直接リニアスケールを適用することにより、ヘッド部７の位置を検出することもできる。
【００９３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、３次元画像撮像手段を用いて高さ画像を撮像し、この３次元画像撮像手段で取り込まれた３次元画像に対する画像処理を行うことにより、一工程の中で、実装する電子部品の位置決めと、リード浮き検査に代表される３次元的な部品形状検査とを同時に行うことができる。
【００９４】
そのため、リード浮き検査などの３次元形状の検査が必要な部品を実装する際の実装タクトタイムを短縮することができる。
また、ヘッド部を移動させるヘッド部移動装置（例えばｘ軸またはｙ軸ロボット）の動作速度を一定とし、この前後の実装動作のなかでも部品移動の停止をなくすとともに、基本的に非同期な２軸（例えば移動装置の移動方向沿いの駆動軸とポリゴンモーター軸）を機械的に動作させて、３次元画像撮像手段により３次元画像を撮像することにより、水平・垂直両方向の画素サイズ（分解能）が保証可能なシステムとすることができる。
【００９５】
そのため、部品実装の際の撮像画像に対して水平・垂直両方向の画素サイズ（分解能）を保証することができる。
また、ＱＦＰやコネクター等の狭ピッチ部品の実装の際には、その実装部品の撮像画像において高分解能化した画像を取り込み、一方、ある程度荒い分解能で計測できる部品の実装の際には、その実装部品の撮像画像において画素の正規性を保ちつつ分解能を落として（高分解能化した場合に比べ）速い走査で撮像することができる。
【００９６】
そのため、ＱＦＰやコネクター等の狭ピッチ部品の実装の際には、その実装の高速化・高分解能化（高精度化）に柔軟に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の電子部品実装装置の全体概略図
【図２】同実施の形態における３次元画像取り込みの説明図
【図３】同実施の形態における部品実装動作の説明図
【図４】同実施の形態における３Ｄセンサーのｘ軸方向の構成断面図
【図５】同実施の形態における３Ｄセンサーのｙ軸方向の構成断面図
【図６】同実施の形態における３Ｄセンサーからの出力信号の説明図
【図７】同実施の形態における主制御部の内部構成図
【図８】同実施の形態における高さ演算回路の内部構成図
【図９】従来の電子部品実装装置における実装工程図
【図１０】本発明の実施の形態の電子部品実装装置における実装工程図
【図１１】前記実施形態における高さ測定方法の例を示す説明図
【図１２】前記実施形態における主制御部と各装置との関係を示す説明図
【図１３】前記実施形態における画像取り込みタイミングを示すタイミングチャート図
【図１４】前記実施形態における画像取り込みから画像処理までの動作を示すフローチャート図
【図１５】電子部品のリードの認識に関する一例としてのアルゴリズムを示す説明図
【図１６】電子部品のリードの浮きの高さ測定に関する説明図
【図１７】電子部品の各リードの高さ演算の説明図
【図１８】複数の電子部品の画像取り込みおよび画像処理を行う場合の実施形態のタイミングチャート図
【符号の説明】
４ トレー供給部
５ ｘ軸ロボット
６ａ，６ｂ ｙ軸ロボット
７ ヘッド部
８ ３次元センサー
１０ 半導体レーザー
１２ ポリゴンミラー
１７ａ，１７ｂ 半導体位置検出素子（ＰＳＤ）
１６ａ，１６ｂ 結像レンズ
２１ 主制御部
２６ 移動量検出回路
２７ 移動速度検出回路
２８ 回転量検出回路
２９ 回転速度検出回路
３０ 第１の比較回路
３１ 第２の比較回路
３５ 画像メモリー
４３ クロック選択回路
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品をプリント基板または液晶やプラズマディスプレイパネル基板などに自動的に実装する電子部品実装装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、電子部品実装装置においては、狭リードピッチ・狭リード幅のＱＦＰ・コネクターのような電子部品を実装する際には、プリント基板に装着する前に部品のリード浮きを自動検査するのが一般的である。
【０００３】
図９は従来の電子部品実装装置の実装工程図である。
従来の電子部品実装装置では、図９に示すような一連の処理を経て、狭リードピッチの電子部品を実装するものが多い。
【０００４】
すなわち、図９（ａ）に示す工程ではトレー３に格納されている電子部品２を実装装置のヘッド部７が吸着してピックアップする。
図９（ｂ）に示す工程では、吸着された電子部品２の画像を位置決め用カメラ４７で撮像し、画像処理装置を用いて位置決めし、その位置決め情報を得る。
【０００５】
図９（ｃ）に示す工程では、図９（ｂ）の工程で得られた位置決め情報を用いて、電子部品２を透過式のリード浮きセンサー４８でリード浮き検査するか、または、リード浮き検査用カメラ４９でリードの先端部または先端部の影を撮像して画像処理装置でリード浮き検査をする。
【０００６】
この検査の結果に異常がなければ、図９（ｄ）に示す工程で、図９（ｂ）の工程で得られた位置決め情報に基づいてプリント基板９および実装される電子部品２の補正計算を行い、電子部品２をプリント基板９の所定の位置に装着する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような従来の電子部品実装装置では、図９に示す工程に従って行われる一連の処理を経て部品実装すると、図９（ｂ）に示す工程での位置決め用カメラ４７と、図９（ｃ）に示す工程でのリード浮きセンサー４８やリード浮き検査用カメラ４９とは、物理的に離れて設置されており、図９（ｂ）に示す工程で得られた位置決め情報を用いて図９（ｃ）に示す工程で部品の機械的な位置決めをする必要があることから各々の工程での処理は並列化できず、必然的にシリアル処理になり、各々の工程に対して実装部品の移動・停止・上下動などの動作を必要とする。
【０００８】
そのため、結果的に、実装部品の移動・停止・上下動などの動作時間も含めて、図９（ｂ）および（ｃ）に示す工程の処理時間が、そのまま全体の実装時間に利いてくることになり、それらの動作時間により全体の実装時間が増大化してしまうという問題点を有していた。
【０００９】
その上、図９（ｃ）に示す工程のように、透過式のリード浮きセンサー４８でリード浮きの検査をする際には、物理的な実装部品の４辺個別走査が必要となり、このための処理時間は通常１〜３秒程度である。この処理時間はこのような部品の実装時間を長くさせる要因となる。これは特に、ＱＦＰやコネクターを数多く実装する場合には大きなデメリットとなる。
【００１０】
一方、リード浮き検査用カメラ４９を用いてリード浮き検査をする場合にも、そのカメラの焦点合わせや分解能不足に起因する分割画像取込などから、上記と同様に、リード浮き検査に長時間を必要とし、やはり実装タクトタイムの問題が発生する。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑み、リード浮き検査などの３次元形状の検査が必要な部品を実装する際の実装タクトタイムを短縮することができ、また、部品実装の際の撮像画像に対して水平・垂直両方向の画素サイズ（分解能）を保証することができ、さらに、ＱＦＰやコネクターなどの狭ピッチ部品の実装の際には、その実装の高速化・高分解能化（高精度化）に柔軟に対応することができる電子部品実装装置を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の電子部品実装装置は、電子部品の３次元画像データに対する画像処理を行う制御部を備え、この制御部を、３次元画像撮像手段の上を移動する電子部品の移動方向に対して垂直方向のレーザー光走査により得られる電子部品の３次元画像を画像メモリーに取り込むとともに、電子部品を移動させる移動装置の動作速度を一定とするよう構成したことを特徴としたものであり、リード浮き検査などの３次元形状の検査が必要な部品を実装する際の実装タクトタイムを短縮することができ、また、部品実装の際の撮像画像に対して水平・垂直両方向の画素サイズ（分解能）を保証することができ、さらに、ＱＦＰやコネクターなどの狭ピッチ部品の実装の際には、その実装の高速化・高分解能化（高精度化）に柔軟に対応することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
なお、基板に実装すべき電子部品を供給する部品供給部と、前記電子部品を保持するヘッド部と、前記ヘッド部を移動させるヘッド部移動装置と、前記ヘッド部の移動領域の下方に配設されかつレーザー光によるライン走査を行うことにより前記ライン毎の高さデータを得る３次元画像撮像手段と、３次元画像撮像手段からの前記高さデータを３次元画像データとして記憶する画像メモリーと、前記電子部品の前記３次元画像データに対する画像処理を行う制御部とを備えた構成を考えた場合には、次のようになる。
【００１４】
この場合には、３次元画像撮像手段にて実装部品の３次元画像を取り込み、この３次元画像に対する画像処理を行うことで、電子部品の位置決めと３次元的な部品形状の検査とを同時に行うことができる。
【００１５】
これは、従来技術が図９に示すように、カメラによる位置決めとリード浮き検査のような３次元形状検査とがシリアル（別工程）の処理であったものを、図１０に示すように位置決めと３次元検査の同時処理を可能とし、結果的には部品実装時間の大幅な短縮につながるものである。ここで、図１０を用いて図９に示す従来技術との違いを簡単に説明する。
【００１６】
図１０において、２は実装される電子部品、３は電子部品２が載っているトレー、７は電子部品２を移動させるヘッド部、８は３次元画像を撮像する３次元画像撮像手段としての３次元センサー、９は電子部品２を実装する対象であるプリント基板である。
【００１７】
図１０（ａ）に示す工程では、電子部品２はトレー３からヘッド部７でピックアップ（吸着）される。図１０（ｂ）に示す工程では、３次元センサー８の上を電子部品２がヘッド部７の移動動作につれて移動するとき、この移動動作と３次元センサー８から発せられるレーザー光８ａによる走査とで、吸着・移動されている電子部品２の底面部２ａの３次元画像を、画像処理装置Ｇ１内の画像メモリーＭ１に取り込み、これを画像処理することで、電子部品２の位置決めと３次元形状検査との両方を行う。図１０（ｃ）に示す工程では、画像処理装置Ｇ１の画像処理により求まった位置決め情報をもとに、プリント基板９の上に電子部品２を実装する。
【００２０】
請求項１に記載の電子部品実装装置は、基板に実装すべき電子部品を移動させるための電子部品移動装置と、ポリゴンミラーと、前記ポリゴンミラーに対してレーザー光を発光する半導体レーザーと、１つ以上の位置検出素子と、前記電子部品の底面に当たっているレーザー光を前記位置検出素子の上に結像させる結像レンズとを設け、前記半導体レーザーを、そのレーザー光が回転運動中の前記ポリゴンミラーに当たって反射して前記電子部品の底面に当たるように配置し、前記移動装置による電子部品の移動動作と前記ポリゴンミラーの回転運動によって発生するレーザー走査とに基づいて、前記位置検出素子が出力するデータを演算して得られる前記電子部品の３次元画像を画像メモリーに取り込み、前記３次元画像で電子部品の位置決めと部品形状検査とを行うことを特徴とする。
【００２１】
この構成によると、ポリゴンミラーや半導体位置検出素子および半導体レーザーなどから構成される３次元画像撮像手段により、電子部品に対する３次元画像を撮像して、その電子部品の位置決めと３次元形状検査とを同時に行うことを可能にする。
【００２２】
請求項２に記載の電子部品実装装置は、請求項１において、電子部品移動装置の基準位置からの移動量を算出する移動量検出回路と、ポリゴンミラーの回転量信号を受けて前記ポリゴンミラーの基準位置からの回転量を算出する回転量検出回路と、前記電子部品移動装置の移動量と前記ポリゴンミラーの回転量とを比較する第１の比較回路とを備えて、第１比較回路での比較結果として、両者の差が許容範囲内ならば、画像メモリーに記録されたデータを有効なデータとして取り扱い、前記許容範囲外ならばデータを無効とするようにしたことを特徴とする。
【００２３】
請求項３に記載の電子部品実装装置は、請求項１または請求項２において、電子部品移動装置の各時間での移動速度を算出する移動速度検出回路と、ポリゴンミラーの回転量信号を受けて前記ポリゴンミラーの各時間での回転速度を算出する回転速度検出回路と、前記電子部品移動装置の移動速度と前記ポリゴンミラーの回転速度とを比較する第２の比較回路とを備えて、第２比較回路での比較結果として、両者の差が許容範囲内ならば、画像メモリーに記録されたデータを有効なデータとして取り扱い、前記許容範囲外ならば前記データを無効とするようにしたことを特徴とする。
【００２４】
この構成によると実装する電子部品を移動させる移動装置の移動量とポリゴンミラーの回転量ないしは移動装置の移動速度とポリゴンミラーの移動速度の一方または両方とを回路的に監視することで、独立運動している移動装置とポリゴンミラーの両方の走査運動で取り込まれる３次元画像の正規性（部分的な歪みが無く画像縦横比が一致すること）を確保し、３次元画像を処理して得られる演算結果の精度・信頼性を保証する。
【００２５】
請求項４に記載の電子部品実装装置は、請求項１〜請求項３のいずれかにおいて、３次元画像を取り込むための基本クロックの速度を変更するクロック速度変更手段を備え、前記３次元画像に対して高分解能が必要な場合には、前記クロック速度変更手段により基本クロックを高速にするとともに、電子部品移動装置の移動速度を低速にし、前記３次元画像の取り込みに高速性が必要な場合には、前記クロック速度変更手段により前記基本クロックを低速にするとともに、前記電子部品移動装置の移動速度を高速にすることを特徴とする。
【００２６】
この構成によると、３次元画像を取り込むための基本クロックの速度（周波数）を変更し、併せて撮像対象を移動させる移動装置の移動速度を加減速させて動作させ、取り込まれた画像の正規性を損なうことなく、実装部品に応じて電子部品の位置決めや３次元的な部品形状検査を行う際に、位置決めや検査の精度重視の場合には分解能向上し、スピード重視の場合には走査速度向上するという切替を容易に実現する。
【００２７】
請求項５に記載の電子部品実装装置は、請求項１〜請求項４のいずれかにおいて、電子部品が画像取り込み開始位置に位置したのち、レーザ光での走査開始位置に位置するまでの時間に、前記電子部品が移動する距離を計算する計算手段を備え、前記計算手段により計算された距離を考慮して、３次元画像で前記電子部品の位置決めを行うようにしたことを特徴とする。
【００２８】
この構成よれば、前記計算手段により計算された計算結果に基づいて部品の位置決めを行うようにすれば、タイミングのずれのバラツキに伴う位置決め精度の低下を防止することができて、位置決めをより高精度に行うことができる。
【００２９】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら具体的に説明する。
図１は本発明の実施の形態の電子部品実装装置を示す。
図１において、１は電子部品実装装置の実装装置本体、２は本装置で実装される電子部品（以下、部品と略記する）、３は部品２が載っているトレー、４はトレー３に載った部品２を自動供給する部品供給部としてのトレー供給部、７は実装時に部品２を吸装着するヘッド部、５はヘッド部７をｘ軸方向に移動させるものであって、ｘｙロボットの一部を構成するｘ軸側のロボット（以下、ｘ軸ロボットと略記する）、６ａおよび６ｂはヘッド部７をｘ軸ロボット５とともにｙ軸方向に移動させるｘｙロボットの一部を構成するｙ軸側のロボット（以下、ｙ軸ロボットと略記する）、８は３次元（以下、３Ｄと略記する）センサーであり、部品２の高さ画像を撮像する。９は部品２が実装されるプリント基板である。
【００３０】
トレー３に載っている部品２がヘッド部７で吸着され３Ｄセンサー８の上をｘ軸ロボット５に沿って移動するときに、３Ｄセンサー８によって部品２の３Ｄ（高さ）画像が取り込まれる。３Ｄセンサー８によって得られた（高さ）画像をソフトウェア処理して、部品２の位置決めおよびリード浮きなどの３Ｄ形状検査を行い、位置決め情報に従って、部品２がプリント基板９の上の所定の位置に装着される。
【００３１】
図２は３次元画像取り込みを表している。
図２において、２はｘ軸ロボット５の動作によって移動している部品、８は３次元センサー、４４はポリゴンミラーによって走査されるレーザー光、４５は部品２のリードの一つであり装着面と反対側に曲がっている（浮いている）リード、４６はリード４５を３Ｄセンサー８で撮像したときの高さデータである。
【００３２】
図２（ａ）〜（ｃ）は、３Ｄセンサー８の上を部品２を移動させ、レーザー光４４を部品２の移動と垂直な方向に走査させて部品２の底面にレーザー光４４を投光し、このレーザー光４４の反射を半導体位置検出素子に結像させ、この半導体位置検出素子の出力を逐次高さ演算することで、部品２の３次元画像の画像メモリー３５への取り込みが行われる様子を表している。
【００３３】
画像メモリー３５の各水平行に取り込まれるデータは、上記の方法で高さ演算された各レーザー走査線の上にある物体（この場合、部品２のリードやパッケージ部）の３Ｄセンサー８側からの高さデータで、Ｘ−Ｙ断面図のごとくになる。
【００３４】
図２（ｄ）〜（ｆ）は、部品２が３Ｄセンサー８の上を通過し終えた時点での画像メモリー３５の様子を表しており、特にリード４５が浮いているとすると、Ｚ−Ｗ断面図のなかで、リード４５に対応する高さデータ４６は他のリードのものと比較すると大きい値となる。このデータ比較によりリードのリード浮き検査のような３次元形状の検査が可能になる。
【００３５】
また、画像メモリー３５には、２次元的な部品２の画像データが入力されるため、この情報を画像処理すれば、輝度データと高さデータの違いはあるが、カメラなどの撮像デバイスを用いて画像処理するのと同様の方法で部品の位置決めが可能となる。
【００３６】
図３は実装動作を示す。
図３（ａ）において、点Ａから点Ｂ、点Ｂから点Ｃ、点Ｃから点Ｄの各矢印で表される軌跡は、本実施の形態の電子部品実装装置が、部品２をトレー３からピックアップして３Ｄセンサー８の上を通過させ、３Ｄセンサー８により部品２の３次元画像を撮像し、この画像データを画像処理して部品の位置決め・検査を行って装着位置の補正計算をし、プリント基板９の上の所要の位置に部品２を装着する一連の動作を表している。
【００３７】
図３（ｂ）および（ｃ）は、このときの図３（ａ）に示す部品２の軌跡に対応するｘ軸方向およびｙ軸方向の各々のロボットの移動動作の加減速の変化の様子を表わしている。ここで、点Ｂと点Ｃ間のｘ軸方向の移動の途中で３Ｄセンサー８の上を部品２が通過し、ここで３次元画像が撮像されるのであり、この間のｘ軸ロボットの動作速度は一定で、ｙ軸ロボットについては停止させている。
【００３８】
また、残りの動作については、トータルの実装時間を最短にするために、点Ａと点Ｂ間の動作から点Ｂと点Ｃ間の動作、点Ｂと点Ｃ間の動作から点Ｃと点Ｄ間の動作、という速度切替点での一時停止を伴う加減速動作をなくし、機械実装の動作の高速化を図っている。
【００３９】
３Ｄセンサー８の構成と働きについて、以下に詳細に説明する。
図４は３Ｄセンサー８をｘ軸方向に見た図であり、図５は３Ｄセンサー８をｙ軸方向に見た図である。図４および図５において、１０はレーザー光を発光する半導体レーザー、１１はこのレーザー光を集光整形する集光整形レンズ、１２はミラー面に当たったレーザー光を機械的回転によって走査させるポリゴンミラー、１３はレーザー光の一部を通過させ一部を反射させるハーフミラー、１４は光を反射させるミラーである。
【００４０】
１５はポリゴンミラー１２で機械的に振られたレーザー光を被写体である部品２に垂直に投射させるように光路変換させるＦ−θレンズ、１６ａ，１６ｂは部品２に当たったレーザー光の反射（散乱光）を結像させる結像レンズ、１７ａ，１７ｂは部品２に当たったレーザー光の反射光が結像レンズ１６ａ、１６ｂを通して結像される位置検出素子としての半導体位置検出素子（以下、ＰＳＤと略記する）であり、結像した光の位置と相関のある電気信号を発生する機能を有する。１８ａ，１８ｂはＰＳＤ１７ａ，１７ｂの出力信号である。
【００４１】
ここで、半導体レーザー１０で発光されたレーザー光は、集光整形レンズ１１でビーム形状を集光整形された後、ハーフミラー１３を通過し、ミラー１４を反射して、ポリゴンミラー１２に当たる。ポリゴンミラー１２は定速回転運動をしており、ミラー面に当たったレーザー光は振られることとなる。更に、Ｆ−θレンズ１５で光路変換されたレーザー光は部品２に垂直に当てられ、この反射光が結像レンズ１６ａ，１６ｂを介してＰＳＤ１７ａ，１７ｂに結像され、ＰＳＤ１７ａ，１７ｂが部品２のレーザー反射面の高さを計測し得る出力信号１８ａ，１８ｂを発生する。
【００４２】
図５において、１９は光が入力されたことを感知する光センサー、２０は光センサー１９に光が入力されたことを外部に知らせる信号であり、この信号はポリゴンミラー１２の各ミラー面が所定の角度に来たとき変化するもので、いわば、ポリゴンミラー１２の各面の原点信号（面原点）にあたる。更に、例えば１８面のポリゴンミラー１２であれば一回転に１８回の信号が、各々等間隔（１８面であれば２０度毎）の角度だけ回転したとき出力されることとなる。これをポリゴンミラー１２の回転量信号と呼ぶ。
【００４３】
本実施の形態における３Ｄセンサー８は、２系統のＰＳＤ回路を有しているが、これは１系統ではレーザー光が部品に当たったときに、角度的にＰＳＤに反射光が帰ってこない場合があるため、これを補うのが主な目的で設けている。３系統以上設けるほうが有効な場合もあるが、技術的には同じことであり、ここでは２系統で説明する。
【００４４】
ここで、前記の半導体位置検出素子（ＰＳＤ）１７ａ，１７ｂによる計測対象物である部品２の上の高さの測定方法の一例を、半導体位置検出素子１７ａの場合について代表して、図１１に基づいて説明する。
【００４５】
図１１において、Ｆ−θレンズ１５から紙面に垂直方向に走査して部品２の上に投射されるレーザビームは、部品２から乱反射する。この場合、投射された点が、部品２の底面上の高さ０のＡ１点と前記底面から高さＨのＢ１点とであるとする。
【００４６】
乱反射したレーザビームは結像レンズ１６ａによって集光され、それぞれが半導体位置検出素子１７ａの上のＡ２点とＢ２点とに結像する。その結果、Ａ２点とＢ２点とに起電力が発生し、それぞれＣ点から電流Ｉ１，Ｉ２、Ｄ点から電流Ｉ３，Ｉ４が取り出される。
【００４７】
電流Ｉ１，Ｉ３は、Ａ２点とＣ点との間の距離ｘＡとＡ２点とＤ点との間の距離に比例する抵抗成分によって決まり、電流Ｉ２，Ｉ４は、Ｂ２点とＣ点との間の距離ｘＢとＢ２点とＤ点との間の距離とに比例する抵抗成分によって決まるので、半導体位置検出素子１７ａの長さをＬとすると、図１１のｘＡ，ｘＢは次式のようにして決まる。
【００４８】
ｘＡ＝ＬＩ３／（Ｉ１＋Ｉ３）
ｘＢ＝ＬＩ４／（Ｉ２＋Ｉ４）
従って、図１１の半導体位置検出素子１７ａの上でのＡ２点とＢ２点との間の距離Ｈ’は次式で決まる。
【００４９】
Ｈ’＝ｘＡ−ｘＢ
このようにして求められたＰＳＤの上の高さＨ’に基づいて前記高さＨが決定される。
【００５０】
次に、３Ｄ画像を撮像する仕組みを、図６と図７を用いて説明する。
図６において、２１は本電子部品実装装置の主制御部、２２はｘ軸ロボット５上で３Ｄ画像の撮像のための基準位置を主制御部２１に知らせる基準位置センサー、２３はヘッド部７がこの基準位置センサー２２を通過したときに、これを主制御部２１に知らせる基準位置信号、２４はｘ軸ロボット５を移動させるモーターのエンコーダー、２５はエンコーダー２４の出力するエンコーダー信号である。
【００５１】
トレー３からピックアップされた部品２がｘ軸ロボット５によってｘ軸の上を移動するとき、エンコーダー２４は常にエンコーダー信号（ＡＢ相、Ｚ相またはこれと等価な信号）２５を主制御部２１に与えており、基準位置センサー２２を部品２が通過するとき、基準位置信号２３が主制御部２１に与えられることから、この両方の信号で部品２のｘ軸上の基準位置からの相対位置を主制御部２１が算出できる。
【００５２】
一方、３Ｄセンサー８内にあるポリゴンミラー１２の回転量は、これが回転している間回転量信号２０として常に主制御部２１に与えられており、これと基準位置信号２３とからポリゴンミラー１２の基準位置通過後の回転量を算出することができる。
【００５３】
ここで、ポリゴンミラー１２の回転量はその速度に比例して増加し、ｘ軸ロボット５の移動量も同様のことが言える。一方、本実施の形態における３Ｄセンサー８では、ポリゴンミラー１２と３Ｄ画像撮像時のｘ軸ロボット５は各々等速に回転・直進することを前提としている。もしも、この条件が乱れる場合には、撮像される３Ｄ画像の水平・垂直方向の一画素当たりの分解能（画素サイズ）が速度ムラに応じてバラつくこととなる。これは、計測精度上の誤差要因である。そこで本実施の形態の電子部品実装装置では、上記構成の３Ｄセンサー８で３Ｄ画像を主制御部２１内にある画像メモリー３５に取り込むとともに、基本的に等速回転運動しているポリゴンミラー１２と、サーボモーターなどのモーターで駆動されているヘッド部７の間の動作の整合性を監視・制御するために、ポリゴンミラー１２の回転量信号２０とモーターのエンコーダー信号２５とを用いるものである。
【００５４】
図７において、２６はエンコーダー信号２５を受けてｘ軸ロボット５の基準位置からの移動量（距離）を算出する移動量検出回路、２７はエンコーダー信号２５を受けてｘ軸ロボット５の各時間での移動速度を算出する移動速度検出回路、２８はポリゴンミラー１２の回転量信号２０を受けてｘ軸ロボット５の基準位置からの回転量を算出する回転量検出回路、２９は回転量信号２０を受けてポリゴンミラー１２の各時間での回転速度を算出する回転速度検出回路、３０はｘ軸ロボットの動作とポリゴンミラー回転間の移動量の比較を行う第１の比較回路、３１はｘ軸ロボットの動作とポリゴンミラー回転間の移動速度の比較を行う第２の比較回路、３２，３３は各々比較回路３０，３１の比較結果を格納する記憶回路、３４は主制御部２１の全体を制御・監視するプロセッサー回路、３５は３Ｄ画像（高さ画像）を取り込みまた記憶させておくための画像メモリー、３６は３Ｄセンサー８が送り出すＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂを画像メモリー３５に取り込むための各種のタイミング信号を発生するタイミング発生回路、３７はＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂを主制御部２１が受け取るためのインターフェース回路、３８はＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂを高さ信号に変換・補正する高さ演算回路である。
【００５５】
３Ｄセンサー８の発生するＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂは、インターフェース回路３７によって主制御部２１に入力される。入力されたＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂは、基本的にＰＳＤ１７ａ，１７ｂが出力する原信号であり、ソフトウェア的な処理を高さ画像に対して施すためには、高さ変換・補正演算などの種々の演算をＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂに対して行う必要があり、高さ演算回路３８でこれを行う。高さ演算回路３８で演算された信号は、高さデータとして画像メモリー３５に取り込まれ、プロセッサー回路３４によって種々のソフトウェア処理が施される。
【００５６】
また、画像メモリー３５への高さデータの取り込みは、画像メモリー３５の各水平行について逐次行われるが、ポリゴンミラー１２の回転量信号２０を各ポリゴン面の同期信号（基準信号）として用いるものである。
【００５７】
このような一連の撮像動作において、ｘ軸ロボット５の動作（つまり撮像対象部品の移動）とポリゴンミラー１２の動作は独立になされており、エンコーダー信号２５を基にｘ軸ロボット５の移動量・速度を移動量検出回路２６および移動速度検出回路２７で各々算出し、ポリゴンミラー１２の回転量信号２０を基にポリゴンミラー１２の回転量・回転速度を回転量検出回路２８および回転速度検出回路２９で各々算出して、ｘ軸ロボット５およびポリゴンミラー１２の移動量と移動速度とを比較回路３０，３１で比較し、比較結果を記憶回路３２，３３に記憶することで、ｘ軸ロボット５の移動およびポリゴンミラー１２の回転の両動作の同期動作の監視あるいは制御を行うものである。
【００５８】
監視の一例としては、前記比較回路３０，３１の各比較回路において、その比較結果として差が許容範囲内ならば、画像メモリーに記録されたデータを有効なデータとして取り扱う一方、前記差が許容範囲外ならば前記データを無効とするようにし、比較誤差が一定以上大きい場合には撮像不良として、再度撮像し直すか、あるいは比較結果を参照して、画像メモリー３５内の３Ｄ画像をソフトウェアないし付加回路を設けて正規化や補正処理などが考えられる。
【００５９】
ここで、ポリゴンミラー１２の回転量を移動量に変換する一例を述べる。
今、仮に、ポリゴンミラー１２が１２面体であり、ポリゴンミラー１２が３０°（ ＝ ３６０°÷１２ ）回転する間に、部品２が４０μｍ移動するように設計されているとする。このとき、画像取り込み開始後のポリゴンミラー１２の回転量を１２５．５回転とすると、部品２は、１２５．５（回転）×１２（面／回転）×４０（μｍ）＝６０２４０（μｍ）だけ移動していることになる。
【００６０】
これを回路的に実現するには、ポリゴンミラー１２からの回転量信号２０のパルス数（ポリゴンミラー１２の各面の基準点である面原点からの信号の数）を画像取り込み中にカウントすればよい。前記の例では、１２５．５回転しているとき、１２５．５（回転）×１２（面原点数）＝１５０６だけ面原点がカウントされることになる。
【００６１】
よって、回転量信号２０のパルス数が１５０６個になると、部品２が４０μｍ移動したとみなすことができて、ポリゴンミラー１２の回転量を移動量に変換することができる。
【００６２】
また、図８は高さ演算回路３８の内部構成図であり、４１はＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂをＡ−Ｄ変換するＡ−Ｄ変換回路、４２はクロック発生回路、４３はクロック発生回路４２から発生される複数のクロックから一つを選択してＡ−Ｄ変換回路４１や画像メモリー３５に一つの速さ（周波数）のクロックを与えるクロック速度変更手段としてのクロック選択回路、４４はＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂについて三角測量の原理で計算する高さ変換回路、４５はＰＳＤ１７ａ，１７ｂの面上に結像する光の位置と測定対象に当たるレーザー光の位置との間の非線形関係を補正する高さ補正回路であり、ここではクロック発生回路４２によって発生される２つまたはそれ以上の種類の周波数のクロックをクロック選択回路４３で選択して、主制御部２１の内でこの信号を必要とするＡ−Ｄ変換回路４１や画像メモリー３５などの所要の回路に選択されたクロックを与え、同時にｘ軸ロボットの動作速度をこのクロックの速さに反比例して加減速させることで、特別な回路を付加することなく撮像画像（３Ｄ画像）の水平・垂直方向の画素サイズを等しいものに保ちながら、分解能を変更することが可能となる。
【００６３】
例えば、４ＭＨｚでＡ−Ｄ変換させており、１００ｍｍ／ｓでｘ軸ロボット５を移動させたとき、水平・垂直方向の画素サイズが等しく５０μｍ画素であるとする。このとき８ＭＨｚのクロックを選択して各所要の回路に与え、５０ｍｍ／ｓでｘ軸ロボットを移動させれば、取り込まれる画像の画素サイズ（分解能）は２５μｍ画素とすることができることになる。
【００６４】
このとき、一行（水平行）当たりのデーター量は２倍になり、且つ垂直方向についても同様のことがいえる。このため、２倍の分解能の画像を同一視野サイズ分だけ得ようとすると、４倍の画像メモリー３５の容量が必要になる。これについては、画像メモリー３５の容量拡大を選択するか、または分解能向上時には視野サイズを限定して使用するかの選択になる。
【００６５】
次に、主制御部２１による画像取り込みから画像処理動作における各信号との関係について、図７と図８，図１２と図１３に基づいて説明する。
部品２を吸着する前記ヘッド部７を移動させるｘ軸ロボット５内には前記モータが内蔵されており、前記モータに付加されたエンコーダからは通常移動距離を表すＡＢ相信号と、ある固定位置（モータのある回転角度）を表すＺ相信号とが出力される。
【００６６】
このＺ相信号と、基準位置を検出する位置検出センサー（該センサーとしては、フォトセンサー、またはホール素子などが用いられる）からの位置検出センサー信号との両方が受け取られると、画像データ取り込み動作が開始される。
【００６７】
前記Ｚ相信号と位置検出センサー信号との両方が受け取られた後から画像データ取り込み開始までの時間は、ごく短いため、前記２種類の信号を受けて、図１３のように、ポリゴンミラー１２の面原点を表す回転量信号に同期して、レーザ発光と画像データ取り込みの一連の動作は、プロセッサ回路を介さないでハードウェア的に自動で行われるように、タイミング発生回路は画像データ取り込みタイミングを出力する。
【００６８】
この出力により、例えば１０００行分の画像データを取り込む。このように、回転量信号２０が取り込まれた時点をポリゴンミラー１２の各面の基準位置（面原点）として取り扱い、画像データ取り込みの開始基準とする。そして、例えば１つの部品あたり１０００行の画像データを取り込む場合、１０００行の画像データを取り込むと、自動的に当該部品に対する画像取り込みを終了するようにする。
【００６９】
各ＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂからは前記したように２つのアナログ信号が入力され、図１２に示すようにアンプ回路２０２で増幅されたのち、これらの２つのアナログ信号をインターフェース回路３７を介して高さ演算回路３８のＡ−Ｄ変換回路４１でＡ−Ｄ変換する。その後、ＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂのデジタル化した２つの信号のそれぞれを基に前記した高さ演算を行ってリードの高さ位置を算出する。ここで、前記デジタル化した信号の値が許容範囲内ならば、正常なデータとして以後の処理を行う一方、許容範囲外ならば、異常なデータとして以後の処理を停止する。すなわち、２つのＰＳＤ出力１８ａ，１８ｂにおいて、一方の出力の値が許容範囲内ならば、その許容範囲内のＰＳＤ出力のみ使用し、両方の出力の値とも許容範囲内ならば両者の平均値を取る。両方の出力の値とも許容範囲外ならば両方のＰＳＤ出力についてのその後の処理は行わずに、エラーが発生したとして処理する。
【００７０】
このようにしてリード高さデータを演算したのち、高さ補正回路４５で高さ補正を行う。この高さ補正は、ＰＳＤ１７ａ，１７ｂに対する入射光の位置が線形に変化しても、ＰＳＤ１７ａ，１７ｂ上での位置が線形に変化しないことに起因して行うものであり、予めテーブルや曲線式を記憶しておき、上記演算された高さデータを補正して、正確な高さデータとするものである。
【００７１】
高さ補正された高さデータは、画像メモリー回路３５に入力されて、タイミング発生回路３６から得たタイミングをアドレスとして記憶させる。
そして、回転量検出回路２８と移動量検出回路２６との比較回路３０での比較結果として記憶回路３２に記憶されたデータから、画像データが許容範囲内のものか否か判断する。許容範囲外ならば、画像メモリ回路３５に記憶された画像データを無効なものとして取り扱う。許容範囲内ならば、プロセッサー回路３４から画像メモリー回路３５に記憶されたデータを読み出して部品の位置決めなどの画像処理が行われる。
【００７２】
以下に、より詳細に前記１つの部品２に対する画像取り込み動作および取り込まれた画像の処理動作の流れの一例を、図１４に基づいて説明する。
まず、ステップ＃６０で部品２の画像取り込みを行う。
【００７３】
次いで、ステップ＃６１で、画像が取り込まれた部品２のリードの位置決めを行う。この位置決めには、種々の方法（アルゴリズム）があるが、ここでは代表的なものを説明する。
【００７４】
まず、図１５（ａ）に示すように、ＱＦＰなどの四角形の電子部品２の１つの辺のリードの傾きを粗く検出する。
次いで、図１５（ｂ）に示すように、検出されたリードの中から任意に選択された２つのリードの位置を大まかに検出する。
【００７５】
最後に、図１５（ｃ）に示すように、大まかに検出されたリード位置を基にリード位置を精度良く検出する。
このようにして、ＱＦＰのような四角形の部品の１つの辺のリードの位置が検出されれば、このリード位置を基に、他の辺のリードについては、図１５（ｃ）に示すようにリード位置を精度良く検出すればよい。
【００７６】
次いで、＃６２でリードピッチが適正か否か判断する。適正であればステップ＃６３で前記したように各リードの高さの演算を行う。この高さの演算は、図１７に示すように、ステップ＃６１で求められたリード位置情報から、各リードについてリード先端部２０４（図中、斜線部分）周辺の複数の画素（図１７での小さな各四角形に相当）の高さ情報（これは画像メモリーに格納されているデータそのものである）を平均化することで、リード高さが求められる。位置決めで求められた各リードの位置に、このリード高さを加えた情報（ｘｉ，ｙｉ，ｚｉ）が各リードの３次元位置となる。ただし、ｉ＝１，・・・，ｎで、ｎはリード本数である。
次いで、ステップ＃６４で仮想平面（シーティング・プレーン）の計算を行う。ここで、仮想平面について説明する。
【００７７】
一般に、ＱＦＰなどの複数のリードを有する部品では、基板に実装されたとき、一部のリードが基板の電極部から離れる、いわゆるリード浮きの状態が生じる場合がある。部品を実装する前に部品のリードの浮きを検出するための処理がステップ＃６５で行うリード浮き検出であるが、この処理を部品がノズルに吸着された状態で行おうとすると、図１６（ａ）に示すように部品２が傾いてノズル７ａに吸着されている可能性もあるため、単純にリード各点の高さを求めるだけでは正確にリードの浮きを求めることができない。そこで、部品を実装したときの接地平面ととなる仮想平面を求めて、その仮想平面から各リードまでの距離を求めて、リード浮き量を評価する必要がある。
【００７８】
なお、図１６（ａ）において、２０１は基準平面、２００はノズル７ａの吸着により部品２に生じた傾きによる２つのリードの高さ間の誤差（Ｈ１−Ｈ２）を示している。
【００７９】
仮想平面２０２は、部品２の持つ３点のリード位置から構成される平面であり、以下の２つの条件を満たす平面が仮想平面２０２の構成点となりえる。
（１） 図１６（ｂ）に示すように、すべてのリード位置が、仮想平面２０２より上方若しくは仮想平面上に存在すること。
【００８０】
（２） 図１６（ｃ）に示すように、部品２の重心を仮想平面２０２に投影した点（重心投影点）２０３が、仮想平面２０２を構成するリード位置の３点が生成する三角形内に存在すること。
【００８１】
次いで、ステップ＃６３で演算された高さおよびステップ＃６４で求められた仮想平面を基に、ステップ＃６５でリードの浮きが許容範囲内か否か判断する。リードの浮きは、すべてのリードについて、リードの３次元位置から求められた仮想平面までの距離を計算することにより行われる。この距離が、各リードの仮想平面からのリード浮き量であり、この値が許容範囲内ならば画像処理動作を終了する。許容範囲外ならば、ステップ＃６７でリード浮きエラーとして画像処理動作を終了する。また、ステップ＃６２でリードピッチが許容範囲外ならば、ステップ＃６６でピッチエラーとして画像処理動作を終了する。
【００８２】
次に、画像取り込みタイミングのずれの補正処理の一例について説明する。
図１２は、図７の主制御部２１と各装置との関係を示す図であり、検出回路２６〜２９、比較回路３０，３１、記憶回路３２，３３、プロセッサー回路３４とを１つのポリゴンミラー制御部２００として示されている。図１３は画像取り込みタイミングを示すタイミングチャートである。
【００８３】
図１２と図１３において、ヘッド部７の移動に従って部品２が特定位置に位置したとき３次元センサー８が前記位置検出センサー信号を出力し、かつ部品を移動させるモータのエンコーダ出力の１つで一定位置を保証する、Ｚ相が出るタイミングでポリゴンミラー制御部２００は画像データ取り込みのための準備動作に入る。
【００８４】
この準備動作に入ったのち、実際の画像データの取り込みは、ポリゴンミラー１２の面原点の検出動作に同期して１ライン毎に取り込む。すなわち、ポリゴンミラー１２の面原点を示す回転量信号２０が検出され、半導体レーザ１０のレーザー光の発光がなされると同時的に画像取り込みが行われるようにしている。
【００８５】
このとき、図１３に示すように、ヘッド部７が画像データ取り込み開始位置に位置してから、実際に画像データ取り込み動作に入るにはタイムラグがある。このタイムラグは、ヘッド部７とポリゴンミラー１２の動作が非同期であることから、画像取り込みまでに部品２が移動してしまう量ｔと、回路的なセットアッブのために固定時間分「準備期間」として遅れが出る分とによるものである。
【００８６】
前記タイムラグ後に、１フレーム分の画像がポリゴンミラー１２の同期で取り込まれる。
よって、部品２が３次元センサー８の画像取り込み開始位置に位置してから、３次元センサー８のポリゴンミラー１２が走査開始位置に位置するまでの時間に部品２が移動する距離を、部品を移動させているモータのエンコーダ出力（ＡＢ相）を計数回路３００で回路的に計数して求め、処理回路３４に出力する。そして、その結果に基づいて部品２の位置決めを行うようにすれば、タイミングのずれのバラツキに伴う位置決め精度の低下を防止することができて、位置決めをより高精度に行うことができる。
【００８７】
上記の実施の形態では、ヘッド部７が１つの吸着ノズルで１つの電子部品２を吸着する場合について述べたが、ヘッド部７が複数のノズルを備えている場合にも本発明は適用できる。また、このように複数のノズルで複数の部品を吸着した状態で、連続的に位置決めおよび部品形状検査を行うとき、例えば、１つの部品当たり１０００行の画像データを取り込むとした場合、４個のノズルでは、４０００行の画像データを取り込み、１０００行ごとに１つの部品の画像データとして取り扱う。
【００８８】
タクトタイムの中に占める部品の位置決めと３次元形状の検査に関する時間は極めて大きいものである。しかしながら、本発明によれば、複数ノズルで複数の部品を連続して３Ｄセンサーで３次元画像を取り込み、引き続いて順次装着するとき、部品の取り出しから装着対象基板までの部品移動に関する時間は、１ノズル１部品であっても、複数ノズル複数部品であっても、ほぼ一定であり、タクトタイムの短縮の点で特に効果が大きい。
【００８９】
また、このように複数のノズルを備えたヘッド部７では、図１８に示すように、電子部品２の装着順を考慮して、画像処理順を適宜変更可能とすることもできる。すなわち、例えば４本のノズル（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４）がこの順に部品２を吸着して画像データを画像メモリ回路３５に取り込む一方、Ｎｏ．４〜Ｎｏ．１の順に４本のノズルが基板に対して実装を行うとき、各部品の画像データを取り込む毎に、取り込まれた画像データの画像処理を他の部品の画像データの画像処理よりも優先して行うべきか否か判断して、最も優先させるべき部品の画像処理を優先して行うこともできる。
【００９０】
このような場合には、最も装着が早いものから順に画像処理を行うため、画像処理が終了すれば、他の部品の画像処理中であっても実装を行うことができる。また、上記の説明からも明らかなように、分解能を上げるためにはクロック速度の向上と同時に、ｘ軸ロボット５の速度を落とす必要がある。
【００９１】
いずれにしても、ＱＦＰやコネクターなどの部品の狭ピッチ化に対応するためには、画像の高分解能化が不可欠であり、一方である程度荒い分解能で計測できる部品については極力速い走査で撮像したいことになる。そのような場合にこの高分解能化の手段は非常に有効である。
【００９２】
なお、上記の実施の形態においては、ヘッド部７のｘ軸ロボット５上の基準位置からの相対位置を検出するためエンコーダ２４の出力を用いていたが、ｘ軸ロボット５に直接リニアスケールを適用することにより、ヘッド部７の位置を検出することもできる。
【００９３】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、３次元画像撮像手段を用いて高さ画像を撮像し、この３次元画像撮像手段で取り込まれた３次元画像に対する画像処理を行うことにより、一工程の中で、実装する電子部品の位置決めと、リード浮き検査に代表される３次元的な部品形状検査とを同時に行うことができる。
【００９４】
そのため、リード浮き検査などの３次元形状の検査が必要な部品を実装する際の実装タクトタイムを短縮することができる。
また、ヘッド部を移動させるヘッド部移動装置（例えばｘ軸またはｙ軸ロボット）の動作速度を一定とし、この前後の実装動作のなかでも部品移動の停止をなくすとともに、基本的に非同期な２軸（例えば移動装置の移動方向沿いの駆動軸とポリゴンモーター軸）を機械的に動作させて、３次元画像撮像手段により３次元画像を撮像することにより、水平・垂直両方向の画素サイズ（分解能）が保証可能なシステムとすることができる。
【００９５】
そのため、部品実装の際の撮像画像に対して水平・垂直両方向の画素サイズ（分解能）を保証することができる。
また、ＱＦＰやコネクター等の狭ピッチ部品の実装の際には、その実装部品の撮像画像において高分解能化した画像を取り込み、一方、ある程度荒い分解能で計測できる部品の実装の際には、その実装部品の撮像画像において画素の正規性を保ちつつ分解能を落として（高分解能化した場合に比べ）速い走査で撮像することができる。
【００９６】
そのため、ＱＦＰやコネクター等の狭ピッチ部品の実装の際には、その実装の高速化・高分解能化（高精度化）に柔軟に対応することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の電子部品実装装置の全体概略図
【図２】同実施の形態における３次元画像取り込みの説明図
【図３】同実施の形態における部品実装動作の説明図
【図４】同実施の形態における３Ｄセンサーのｘ軸方向の構成断面図
【図５】同実施の形態における３Ｄセンサーのｙ軸方向の構成断面図
【図６】同実施の形態における３Ｄセンサーからの出力信号の説明図
【図７】同実施の形態における主制御部の内部構成図
【図８】同実施の形態における高さ演算回路の内部構成図
【図９】従来の電子部品実装装置における実装工程図
【図１０】本発明の実施の形態の電子部品実装装置における実装工程図
【図１１】前記実施形態における高さ測定方法の例を示す説明図
【図１２】前記実施形態における主制御部と各装置との関係を示す説明図
【図１３】前記実施形態における画像取り込みタイミングを示すタイミングチャート図
【図１４】前記実施形態における画像取り込みから画像処理までの動作を示すフローチャート図
【図１５】電子部品のリードの認識に関する一例としてのアルゴリズムを示す説明図
【図１６】電子部品のリードの浮きの高さ測定に関する説明図
【図１７】電子部品の各リードの高さ演算の説明図
【図１８】複数の電子部品の画像取り込みおよび画像処理を行う場合の実施形態のタイミングチャート図
【符号の説明】
４ トレー供給部
５ ｘ軸ロボット
６ａ，６ｂ ｙ軸ロボット
７ ヘッド部
８ ３次元センサー
１０ 半導体レーザー
１２ ポリゴンミラー
１７ａ，１７ｂ 半導体位置検出素子（ＰＳＤ）
１６ａ，１６ｂ 結像レンズ
２１ 主制御部
２６ 移動量検出回路
２７ 移動速度検出回路
２８ 回転量検出回路
２９ 回転速度検出回路
３０ 第１の比較回路
３１ 第２の比較回路
３５ 画像メモリー
４３ クロック選択回路
Claims (5)
- 基板に実装すべき電子部品を移動させるための電子部品移動装置と、
ポリゴンミラーと、
前記ポリゴンミラーに対してレーザー光を発光する半導体レーザーと、
１つ以上の位置検出素子と、
前記電子部品の底面に当たっているレーザー光を前記位置検出素子の上に結像させる結像レンズと
を設け、前記半導体レーザーを、そのレーザー光が回転運動中の前記ポリゴンミラーに当たって反射して前記電子部品の底面に当たるように配置し、前記移動装置による電子部品の移動動作と前記ポリゴンミラーの回転運動によって発生するレーザー走査とに基づいて、前記位置検出素子が出力するデータを演算して得られる前記電子部品の３次元画像を画像メモリーに取り込み、前記３次元画像で電子部品の位置決めと部品形状検査とを行うことを特徴とする
電子部品実装装置。 - 電子部品移動装置の基準位置からの移動量を算出する移動量検出回路と、
ポリゴンミラーの回転量信号を受けて前記ポリゴンミラーの基準位置からの回転量を算出する回転量検出回路と、
前記電子部品移動装置の移動量と前記ポリゴンミラーの回転量とを比較する第１の比較回路と
を備えて、第１の比較回路での比較結果として、両者の差が許容範囲内ならば、画像メモリーに記録されたデータを有効なデータとして取り扱い、前記許容範囲外ならばデータを無効とするようにした
請求項１に記載の電子部品実装装置。 - 電子部品移動装置の各時間での移動速度を算出する移動速度検出回路と、
ポリゴンミラーの回転量信号を受けて前記ポリゴンミラーの各時間での回転速度を算出する回転速度検出回路と、
前記電子部品移動装置の移動速度と前記ポリゴンミラーの回転速度とを比較する第２の比較回路と
を備えて、第２の比較回路での比較結果として、両者の差が許容範囲内ならば、画像メモリーに記録されたデータを有効なデータとして取り扱い、前記許容範囲外ならば前記データを無効とするようにした
請求項１または請求項２記載の電子部品実装装置。 - ３次元画像を取り込むための基本クロックの速度を変更するクロック速度変更手段を備え、前記３次元画像に対して高分解能が必要な場合には、前記クロック速度変更手段により基本クロックを高速にするとともに、電子部品移動装置の移動速度を低速にし、前記３次元画像の取り込みに高速性が必要な場合には、前記クロック速度変更手段により前記基本クロックを低速にするとともに、前記電子部品移動装置の移動速度を高速にする
請求項１から請求項３のいずれかに記載の電子部品実装装置。 - 電子部品が画像取り込み開始位置に位置したのち、レーザ光での走査開始位置に位置するまでの時間に、前記電子部品が移動する距離を計算する計算手段を備え、前記計算手段により計算された距離を考慮して、３次元画像で前記電子部品の位置決めを行うようにした
請求項１から請求項４のいずれかに記載の電子部品実装装置。
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