JP4800134B2

JP4800134B2 - 電子部品の端子高さ計測方法

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Publication number: JP4800134B2
Application number: JP2006189729A
Authority: JP
Inventors: 好晃安部
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2006-07-10
Filing date: 2006-07-10
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2026-07-10
Also published as: JP2008021680A

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や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からの拡散反射光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の方向に前後直線運動をする。

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（Ａ）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、端子９の高さの差Ｚにより発生するライン光４３ａの当たる位置Ａ、Ｂの差を、鉛直方向下側に配置したＣＣＤカメラ４６の画像内で、図４（Ｂ）に示す如く、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、Ｚ軸ロボットでもある移載ヘッド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、図５（Ａ）に示すように、コプラナリティ計測装置３０の水平に対する角度θと電子部品８の水平に対する角度θ´が同一であることを前提に、端子９の位置を算出してレーザ照射していた。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（Ｘ軸ロボット１８とＹ軸ロボット２０ａ、２０ｂ）の組付状態によって、電子部品吸着ノズル１７の吸着面がコプラナリティ計測装置３０の水平と合っていなかったり、あるいは、吸着ノズル１７の先端の摩耗や電子部品８の吸着面形状等により、図５（Ｂ）に例示する如く、コプラナリティ計測装置３０の水平に対する角度θと電子部品８の水平に対する角度θ´が同一でないことがある。このような状態になると、図６に示す如く、レーザ照射した位置に電子部品８の端子９が存在しないため、レーザ光４３ａが端子９に当たらず抜けてしまい、コプラナリティ計測ができず、レーザ光を無駄にパルス点灯してしまうという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、電子部品に傾きがあっても、端子高さの計測を可能にすることを課題とする。

本発明は、レーザをパルス点灯させたライン光により電子部品を斜め下方から走査して、光切断法により該電子部品の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、パルス点灯前に、レーザを連続点灯させた状態で電子部品を高さ方向に移動することにより電子部品の端子が実際にある高さ方向位置を取得し、該取得した高さ方向位置に基づいてレーザ光が電子部品の端子に当たる位置でレーザのパルス点灯を行なうようにして、前記課題を解決したものである。

前記端子が実際にある高さ方向位置は、レーザが電子部品の片側の端子に当たった時の電子部品の高さから求めることができる。

前記端子が実際にある高さ方向位置は、レーザが電子部品の片側の端子に当たった時の電子部品の高さと、電子部品の中心と吸着中心のずれから求めることができる。

前記端子が実際にある高さ方向位置は、レーザが電子部品の両側の端子に当たった時の電子部品の高さの差から、電子部品の傾きを求め、これから求めることができる。

本発明によれば、電子部品の端子高さ計測前に端子位置に合せてレーザ投光位置を補正することで、電子部品に傾きがあっても、少ないパルス点灯回数で、効率良く端子高さを計測することができ、計測時間を短縮することができる。

更に、本発明の電子部品の高さ方向の移動は、電子部品をＸＹロボット等により端子高さ計測位置に平面移動した後、移載ヘッド等のＺ軸ロボットにより端子高さ計測面まで下降する通常動作の間に行なうことができるため、独自の動作を必要とせず、余計な時間を必要としない。

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。

本実施形態は、従来のコプラナリティ計測実行前に、図７に示す如く、ある一定位置でレーザを連続点灯しておき、Ｚ軸ロボットである移載ヘッド１６により電子部品８を下降させてゆき、連続撮像させたコプラナリティ計測用のＣＣＤカメラ（コプラナリティ用カメラとも称する）４６によりレーザ光４３ａが端子９に当たる時を監視して高さ方向（Ｚ）位置を取得する。監視は、コプラナリティ計測装置３０の計算ユニットによりカメラ４６の撮影画像に端子９の反射光が写るのをチェックすることで行なう。この監視によって、次のような方法で、端子９がある位置にレーザ光４３ａを投光する位置を算出する。

（第１実施形態）
第１実施形態では、レーザ光４３ａが端子９に当たったときのＺ軸ロボット（１６）のＺ位置から、コプラナリティ計測高さに電子部品８を移動したときの端子位置を算出する。

これは、図８に例示する如く、電子部品８が水平状態で本来レーザ光４３ａが端子９に当たるべきＺ位置と、実際に当たったＺ位置の差Ａを取得することで、電子部品８を計測高さに位置したとき端子のＺ位置が何処にあるかは、求めたＺ位置の差から算出することができる。

具体的には、図８に示す如く、連続点灯での本来当たるべき位置と実際に当たった位置の吸着位置の差Ａが生じる。

レーザ光４３ａが本来、端子９（図では右側の端子９ａ）に当たるべき位置の吸着中心位置のＺ座標は、図９で考えると点Ｅとなる。図９は、レーザ光４３ａの投光ミラー４０（図１参照）での屈曲点を原点ＯとしたＸＺ座標系で表している。この座標系で点ＥのＺ座標Ｅｚを算出するには、まず、ある高さ（位置）で水平にある電子部品８の吸着中心位置をＢとして、端子先端ＣのＸ座標Ｃｘを算出する。具体的には、図１０（電子部品８がＱＦＰの例）のように、予め電子部品実装装置１０の部品撮像装置２２の位置認識カメラの認識結果、あるいは、レーザ認識での認識結果等から受け取った吸着中心位置Ｂと端子先端Ｃの位置座標からＬ（図９のＬも同一）が求められるので、次式のように、点Ｂのｘ座標ＢｘとＬを加算することで、Ｃｘを算出することができる。

Ｃｘ＝Ｂｘ＋Ｌ …（１）

このＣｘとレーザ光４３ａとの交点ＤのＺ座標Ｄｚは、次式で求められる。

Ｄｚ＝Ｃｘ・tanθ …（２）

ここで、θは、レーザ光４３ａの水平に対する投光角度である。

よって、点ＥのＺ座標は、予め電子部品実装装置１０から受け取った電子部品高さデータＨを加算することで、次式により求められる。

Ｅｚ＝Ｄｚ＋Ｈ …（３）

ここで求まった点ＥのＺ座標Ｅｚと、実際に端子に当たったときの吸着Ｚ座標の差Ａは、図８に示したように、計測位置の端子高さ差Ａ’と同一である。従って、次式を用いてＡ’から水平方向のレーザ投光位置補正量Ｍを算出することができる。

Ｍ＝（tanθ）／Ａ’ …（４）

この補正量Ｍを本来の計測レーザ位置から減算することで、実際の計測レーザ位置に補正することができる。

実際には、図８の端子先端座標は、下方から見るとＸ方向にもずれが生じるが、部品８の傾きは最大でも１°程度であり、吸着位置ずれも僅かであるので、Ｘ方向のずれも極僅かとなり、無視することができる。

この第１実施形態は、計算が簡単であり、特に、端子が片側にしかないコネクタや、吸着中心と部品中心が同一と見做せる場合に適している。

（第２実施形態）
第１実施形態では、吸着中心と部品中心が同一であることを前提に説明してきたが、吸着中心と部品中心が同一にならないこともある。この場合、図８の右側投光位置は前記説明で補正可能であるが、左側投光位置は、この第２実施形態のように補正する。

即ち、図１１に示すように吸着位置Ｇが図の左側にずれているとしたとき、まず右側端子９ａの傾き角度θ_３を求める。この角度θ_３は、電子部品８が水平の時の右側端子９ａの先端点Ｃ１及び電子部品８が傾いた状態での右側端子９ａの先端点Ｃ２を求めれば算出可能である。吸着中心を原点Ｇとする座標系で、点Ｃ１のＸ座標Ｃ１ｘは図１０と同一で（Ｂｘ＋Ｌ）となり、Ｙ座標は、部品実装装置１０から予め受け取っている部品データの部品高さＨから（−Ｈ）となる。次に、点Ｃ２のＸ座標は、点Ｃ１のＸ座標と同じ（実際にはＸ方向にずれが生じるが、極僅かなので無視する）で、Ｙ座標は、点Ｃ１のＹ座標（−Ｈ）に、図８で求めたＡ’を加算して（−Ｈ＋Ａ’）とすればよい。これで点Ｃ１と点Ｃ２が求まったので、次式により、Ｘ軸と点Ｃ１、点Ｃ２それぞれとのなす角度θ_１、θ_２が求まる。

tanθ_１＝｜−Ｈ＋Ａ｜／（Ｂｘ＋Ｌ） …（５）
tanθ_２＝｜−Ｈ｜／（Ｂｘ＋Ｌ） …（６）

よって、θ_３は次式で求めることができる。

θ_３＝θ_２−θ_１ …（７）

次に、電子部品８が傾いた状態での左側の端子９ｂの先端点Ｃ４を求めるにあたって、電子部品８が水平の時の左側の端子９ｂの先端点Ｃ３を求めておくが、点Ｃ３は点Ｃ１と同様の方法で求められる。点Ｃ３から、Ｘ軸と点Ｃ３がなす角度θ_４が求まり、左右の端子の傾き角度は同じで、θ_３＝θ_３’であるから、端子９ｂの先端点Ｃ４の傾き角度θ_５は次式で求まる。

θ_５＝θ_４＋θ_３ …（８）

ここで原点Ｇと点Ｃ４との距離Ｎは、原点Ｇと点Ｃ３との距離と同様であることから、原点Ｇに対するＣ４の座標は、θ_５と距離Ｎとで（−Ｎcosθ_５，−Ｎsinθ_５）として求められる。

点Ｃ３とＣ４が求まれば、左側端子９ｂのための補正量Ｍ’は、前述したような図８のＡ’からＢを算出したときと同様に、両者のＸ座標の差（Ｎcosθ_４−Ｎcosθ_５）として求められる。

（第３実施形態）
次に、両方の端子列にレーザが当たったときの両方のＺ位置の差を検出して電子部品の傾きを算出し端子位置を算出する第３実施形態について説明する。

この第３実施形態は、図１２のように、左右リード列９ａ、９ｂのそれぞれがレーザ光４３ａに当たる位置を検出し、移動量Ｚを求めて部品傾きαを算出する。

まず、移動量Ｚを算出するために、ある位置から電子部品８を下降させてレーザ光４３ａが右リード列９ａに当たるＺ位置を取得する。更に下降させてレーザ光４３ａが左リード列９ｂに当たるＺ位置を取得する。この両者のＺ位置の差分が移動量Ｚとなる。このＺは、右リード列のＺでもある。

次に左右リード列の距離Ｘを、図１３のような合成画像から算出後、次式により図１２のＹを求める。

Ｙ＝Ｘ・tanθ …（９）

ここで、図１３に示した２つのリード列画像は、実際には左右別の画像で、それを１つの画像に合成したイメージである。

更に、左右リード列先端の高さの差Ｊを（Ｙ−Ｚ）から算出して、最終的に部品傾きαを次式で求める。

tanα＝Ｊ／Ｘ …（１０）

部品傾きαが求まれば、吸着中心Ｇを中心として、水平状態のリード先端位置を、傾かせた状態のリード先端位置に算出し直して、レーザ投光位置の補正を行なう。ある角度分、座標を回転させるには、次の行列式を使用する。

端子先端位置の算出は、連続撮像画像を用いて、図１４のように行なう。図１４は、連続撮影画像の一部を切り取り、左回りに９０度回転させた図である。

具体的には、図１４（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１４（Ｂ）に示す如く、その高さを含めて複数画素（図１４（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。

ここまでは、コプラナリティ計測装置３０を図１のように横から見た電子部品８の傾きを算出したが、図１の例えば右方向を正面とすると、正面から見た電子部品の傾きも考えられる。図１５のように、正面から見て右が上がっているような傾きがあるとしてＺ位置を下降させていくと、リードの上下方向に曲がりが無ければ、図１６のように順番にレーザが当たる位置がずれていく。

従って、この中からリード列に一番多く当たっているとき（図１６の（Ｃ））で、且つリード先端に近いとき（即ち、早い画像）のＺ位置を、前述までのＺ位置とすることで、より正確なＺ位置とすることができる。極端な上下リード曲がりがある場合には、画像から判断して、その端子データを含まずにＺ位置を決定する。上下曲がりは、図１６であると他のリードと同じ並びにならず、左右どちらかにずれるので、これを検出すれば良い。例えば上に曲がっているとすると、図１７の中央データのように右にずれる。

以上のようにして投光位置を補正することで、無駄な投光をしないでコプラナリティ計測を行なうことが可能となる。

なお、前記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、本発明の適用対象はこれに限定されない。

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同じく拡大図本発明の概要を示す側面図本発明の第１実施形態の端子位置算出方法を説明する側面図同じく具体的な算出方法を示すための図同じく平面図本発明の第２実施形態の端子位置算出方法を説明するための図同じく第３実施形態の端子位置算出方法を説明するための図同じく平面図同じく画像処理の例を示す図正面から見た電子部品の傾きを示す図図１５の場合のレーザが当たる位置のずれを示す画像の図端子が曲がっているときの画像の例を示す図

符号の説明

８…被測定物
９、９ａ、９ｂ…端子（リード）
１０…電子部品実装装置
１６…搭載ヘッド
１７…ノズル
３０…コプラナリティ計測装置
３２…レーザダイオード（ＬＤ）
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…ライン光
４３ｂ…反射光
４６…コプラナリティ用ＣＣＤカメラ

Claims

レーザをパルス点灯させたライン光により電子部品を斜め下方から走査して、光切断法により該電子部品の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、
パルス点灯前に、レーザを連続点灯させた状態で電子部品を高さ方向に移動することにより電子部品の端子が実際にある高さ方向位置を取得し、該取得した高さ方向位置に基づいてレーザ光が電子部品の端子に当たる位置でレーザのパルス点灯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。
前記端子が実際にある高さ方向位置を、レーザが電子部品の片側の端子に当たった時の電子部品の高さから求める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。
前記端子が実際にある高さ方向位置を、レーザが電子部品の片側の端子に当たった時の電子部品の高さと、電子部品の中心と吸着中心のずれから求める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。
前記端子が実際にある高さ方向位置を、レーザが電子部品の両側の端子に当たった時の電子部品の高さの差から、電子部品の傾きを求め、これから求める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。