JP5296749B2 - 部品認識装置および表面実装機 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品の端子が位置する実装面を複数の方向から撮像し、画像処理によって前記端子の高さを検出する部品認識装置および表面実装機に関するものである。

従来、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。前記部品供給部は、実装用部品を供給するテープフィーダを備え、プリント配線板が搬送される搬送経路の側方に配設されている。

この種の従来の表面実装機は、前記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、前記実装用部品の良否判定を行うために、前記実装部品を下方から撮像手段によって撮像し、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良否判定は、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ばらつき（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を検出することによって行っている。一方、実装用部品がＢＧＡ（Ball Grid Array） やＣＳＰ（Chip Size Package） などの半導体装置である場合の前記良否判定は、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ばらつきが許容値内に入っているか否かを検出することによって行っている。

前記リードや半球状端子の高さを検出することができる従来の部品認識装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に示された部品認識装置は、実装用部品のリード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カメラと、このカメラ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リード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リードの浮き・沈みの有無や高さ方向の変形量を検出する構成が採られている。

この種の従来の部品認識装置は、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。
なお、本出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に密接に関連する先行技術文献を出願時までに見付け出すことはできなかった。

特開平７−１５１５２２号公報（第２−３頁、図１）

従来、表面実装機や部品検査装置においては、実装用部品や検査用電子部品のリードや半球状端子の高さの検出をより一層高い精度で行うようにすることが要請されている。しかし、上述した従来の部品認識装置は、ＱＦＰのリードやＢＧＡ，ＣＳＰの半球状端子の高さの検出精度をさらに向上させるには限界があり、前記要請に応えることはできなかった。この主な原因としては、ＱＦＰのリードは、いわゆる打ち抜き加工によって形成されているために先端部に反りやばりが発生していることが考えられ、半球状端子については、表面の状態如何によって光が反射したりしなかったりするために、画像中に写る形状が一定になり難いことが考えられる。

従来のＱＦＰのリードの先端部を図８に示す。図８は従来のＱＦＰのリードの先端部を拡大して示す側面図である。同図に示すように、ＱＦＰのリード１０１の先端部（半田付け用アウターリード部分）は、打ち抜き加工時に反り（同図中に符号１０２で示す）が生じたり、ばり１０３が形成されることがある。例えば、リード１０１の先端部が大きく上側に反っている場合は、矢印Ａで示す垂直方向から見たときのリード先端の位置と、矢印Ｂで示す斜め方向から見たときのリード先端の位置とが異なることになる。

この結果、リード１０１の先端部を前記Ｂ方向から撮像した画像から測定されたリード先端部の長さは、前記Ａ方向から撮像した画像から測定されたリード先端部の長さより短くなるため、画像処理装置はこのリード先端部の下面が正しい位置（真の位置Ｈ１）より浮き上がった位置（誤測定位置Ｈ２）にあると判定してしまう。すなわち、このように反り１０２が生じたリード１０１は、高さの検出誤差が大きくなる。なお、前記先端部から突出するばり１０３によっても前記同様に検出誤差が大きくなることが知られている。

また、前記リード１０１を前記Ａ方向から撮像した画像とＢ方向から撮像した画像とを合成することによって形成された三次元画像は、図９に示すように、一方向に（例えば同図において上側から下側に）濃淡が検出される。図９はリードの高さを検出するときの画像処理を説明するための図である。同図において、左右方向に延びるリード１０１Ａは、両側部で濃淡が変わることから検出点が二箇所になる。一方、同図において上下方向に延びるリード１０１Ｂは、先端部のみで濃淡が変わることから検出点が一箇所になる。すなわち、この上下方向に延びるリード１０１Ｂは検出点が一箇所で相対的にデータ量が少ないことと、上述したようにリード先端部は検出誤差が大きくなることとから、従来の部品認識装置は、ＱＦＰのリード１０１の高さのばらつきの検出精度を高めることには限界があった。

一方、ＢＧＡやＣＳＰの半球状端子は、その表面の粗さが必ずしも均一ではなく、表面が鏡面や鏡面に近い光沢面に形成されていたり、粗面に形成されていることがある。表面が鏡面または鏡面に近い光沢面である場合は、図１０（ａ）に示すように、半球状端子１０４の一部しか撮像することができず、これとは逆に表面が粗面に形成されている場合は、表面の略全域で照明の光りが乱反射するようになって半球状端子１０４の写る範囲が広くなる。図１０（ａ）に示す０°画像は、半球状端子１０４をパッケージ下面とは直交する垂直な方向Ａ｛図１０（ｂ）参照｝から撮像した画像で、図１０（ａ）に示す４０°画像は、半球状端子１０４を斜め方向Ｂから撮像した画像である。

このように画像中に写る半球状端子１０４の形状がその表面の粗さに対応して変化するために、撮像方向の異なる二つの画像を合成するときに二つの画像中の半球状端子１０４の中心（最下点）を正しく合わせることが難しくなる。また、０°画像と４０°画像とでは半球状端子１０４の形状が大きく異なるため、これらの画像に基づいて半球状端子１０４の高さを検出するときにリード１０１の高さを検出するときと同等のアルゴリズムで行うと検出誤差が大きくなる。なお、半球状端子専用のアルゴリズムを用いることは、ソフトウェアの新規開発が必要になるとともに、メモリーの増設などコストアップになるために避けなければならない。

このように半球状端子１０４の中心を正確に検出することが難しいことと、撮像方向の異なる二つの画像に写る半球状端子１０４の形状が大きく異なることとから、従来の部品認識装置においては、ＢＧＡやＣＳＰの半球状端子１０４の高さのばらつきの検出精度をさらに向上させることは難しかった。

本発明はこのような問題を解消するためになされたもので、ＱＦＰのリードやＢＧＡ，ＣＳＰの半球状端子の高さのばらつきの検出精度をより一層向上させることができる部品認識装置および表面実装機を提供することを目的とする。

この目的を達成するために、本発明に係る部品認識装置は、プリント配線板に実装される電子部品におけるパッケージの互いに向かい合う２側部に設けられた第１のリード群の複数のリードと、前記パッケージの他の２側部に設けられた第２のリード群の複数のリードとの高さを検出する機能と、前記電子部品におけるパッケージの実装面に複数突設された半球状端子の高さを検出する機能とを有する部品認識手段と、前記第１、第２のリード群の複数のリードと前記半球状端子とを撮像する撮像装置とを備え、前記撮像装置は、前記第１、第２のリード群の複数のリードと前記半球状端子とを前記第１のリード群または第２のリード群のリードの延びる方向から見て他方のリード群のリードの延びる方向に対して傾斜する斜め方向から斜め画像を撮像する単一の第１の撮像手段を有する斜め撮像部と、前記第１、第２のリード群の複数のリードを前記パッケージ下面とは直交する垂直方向から垂直画像を撮像する単一の第２の撮像手段を有する垂直撮像部とを備え、前記斜め撮像部は、前記電子部品の下面に斜め下方から撮像用の光を照射する第１の照明手段と、この第１の照明手段から照射されて前記電子部品の下面の下面で反射した反射光を下方側へ反射させるミラーと、前記ミラーで反射された光を受光する前記第１の撮像手段とを備え、前記垂直撮像部は、前記電子部品の下面に下方から光を照射する第２の照明手段と、この第２の照明手段から照射されて前記電子部品によって下方へ反射した光を受光する前記第２の撮像手段とを備え、前記第１の撮像手段は、前記第２の撮像手段の下方に位置付けられ、前記第１の照明手段は、前記第２の照明手段の側方に配置され、前記部品認識手段は、前記第１、第２のリード群の高さを検出するにあたって一方のリード群について撮像を行った後に前記電子部品を実装面とは直交する軸線回りに９０°回転させて他方のリード群について撮像を行い、かつ前記半球状端子の高さを検出するにあたっては、斜め画像を撮像した後に前記電子部品を実装面とは直交する軸線回りに１８０°回転させた状態で再度斜め画像を撮像して行うものであって、前記電子部品を９０°回転させる以前に撮像した前記垂直画像と前記斜め画像とによって一方のリード群のリード高さを検出するとともに、回転させる以前に撮像した前記垂直画像と回転後に撮像した前記斜め画像とによって他方のリード群のリード高さを検出する形態と、前記電子部品を９０°回転させる以前に撮像した前記垂直画像によってリードの位置を検出し、前記電子部品を９０°回転させる以前に撮像した前記斜め画像と回転後に撮像した前記斜め画像とによって前記第１のリード群のリード高さと前記第２のリード群のリード高さとを検出する形態とのうちいずれか一方の形態を採って構成されているものである。

請求項２に記載した発明に係る表面実装機は、基台上にプリント配線板搬送用のコンベアと、コンベア側方においてプリント配線板の搬送方向に並べて配置され、多数のテープフィーダが配列された部品供給部と、部品装着用の吸着ヘッドが搭載され、基台上方において搬送方向と前後方向に移動可能なヘッドユニットと、基台上に配置された撮像装置と、コンベアの移動、ヘッドユニットの移動および動作、および撮像装置による撮像を制御し、撮像された画像に基づき部品認識を行う部品認識手段を備えた制御装置とを備え、テープフィーダから吸着した部品を、撮像装置の上方を経由してプリント配線板の所定の実装位置の上方に移動し、部品認識結果に基づきプリント配線板上に移載する表面実装機であって、撮像装置と部品認識手段からなる部品認識装置が、請求項１記載の部品認識装置からなり、前記撮像装置は、前記搬送方向の２つの前記部品供給部の間に配置され、前記斜め画像は搬送方向に傾く方向から撮像し、半球状端子を有する実装用部品に対しては前記半球状端子の高さを検出し、かつリードを有する実装用部品に対しては前記リードの高さを検出するものである。なお、ここでいう端子またはリードとは、ＱＦＰのリードやＢＧＡ，ＣＳＰの半球状端子を含む。

本発明によれば、電子部品を実装面とは直交する軸線回りに回転させることにより、電子部品がＱＦＰである場合は、図９において上下方向に延びるリードを左右方向に延びるように方向転換した状態で撮像することができる。この結果、ＱＦＰの全てのリードについて高い精度で高さを検出することができる。

一方、電子部品がＢＧＡ，ＣＳＰである場合は、半球状端子を斜め方向の一方と斜め方向の他方とから撮像した画像によって半球状端子の高さを検出することができるから、半球状端子を形状が近似するように撮像することができる。この結果、画像処理により半球状端子の高さを、リードの高さを検出するときと同様のアルゴリズムを用いて高い精度で検出することができる。
したがって、本発明によれば、ＱＦＰや、ＢＧＡ，ＣＳＰのリード・半球状端子の高さを従来に較べて高い精度で検出することができる部品認識装置を提供することができる。

また、本発明によれば、ＱＦＰの二つの方向（縦方向と横方向）に延びるリードについてそれぞれより一層高い精度で高さを検出することができる。また、ＱＦＰのリードを斜め方向から撮像する撮像手段を一つとすることができるから、斜め方向から撮像する撮像手段を二つ使用する場合に較べて部品認識装置の水平方向の幅を小さく形成することができる。このため、この発明によれば、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実現することができる。

また、本発明によれば、ＢＧＡやＣＳＰの半球状端子を斜め方向から撮像する撮像手段を一つとすることができるから、斜め方向から撮像する撮像手段を二つ使用する場合に較べて部品認識装置の水平方向の幅を小さく形成することができる。このため、この発明によれば、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実現することができる。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用いる従来の部品認識装置と較べると、電子部品を実装面と直交する軸線回りに１８０°回転させて撮像するために二つの画像の視差を大きくとることができる。このため、この発明によれば、コンパクトで、しかも半球状端子の高さの検出精度がより一層高い部品認識装置を提供することができる。

本発明に係る表面実装機は、電子部品の端子またはリードの高さをより一層高い精度で検出することができる部品認識装置を装備しているから、実装用部品の良否判定をより一層高い精度で行うことができるようになり、部品実装の信頼性が高くなる。

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。 部品認識装置を示す図である。 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。 リードの画像を示す図である。 部品認識装置の他の実施の形態を示す平面図である。 リードの先端部を拡大して示す側面図である。 画像処理を説明するための図である。 半球状端子を示す図である。

以下、本発明に係る部品認識装置の一実施の形態を図１ないし図６によって詳細に説明する。ここでは、本発明に係る部品認識装置を表面実装機に装備した場合について説明する。
図１は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、図２は表面実装機の上部の正面図、図３は部品認識装置を示す図で、同図（ａ）は屈折レンズを介して照射される光の経路を示す斜視図、同図（ｂ）は、図１のIII−III矢視図である。図４は表面実装機の制御系を示すブロック図、図５は部品認識装置の動作を示すフローチャート、図６はリードの画像を示す図で、同図（ａ）は垂直画像を示し、同図（ｂ）は斜め画像を示す。

これらの図において、符号１で示すものは、この実施の形態による表面実装機を示す。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の前後方向（図１では上下方向）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軸方向の移動が行なわれるとともに、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軸方向の移動が行なわれる。

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）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手段１５（図４参照）および回転駆動手段１６（図４参照）により駆動されるように構成されている。これらの昇降駆動手段１５と回転駆動手段１６の動作は、後述する制御装置１７（図４参照）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３（ｂ）に示すように、前記基台１ａに対して固定されるベースプレート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の照明手段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の照明手段３１とが固定されている。

前記第１および第２の照明手段３０，３１は、Ｙ方向とＺ方向とに並ぶ複数のＬＥＤ３２を光源として構成されている。第１の照明手段３０のＬＥＤ３２は、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°の傾斜角で自然光Ｓを照射するようにベースプレート２１に固定されている。第２の照明手段３１のＬＥＤ３２は、前記実装用部品Ｄの下面に鉛直方向の下方から自然光Ｓを照射するようにベースプレート２１に固定されている。また、前記各ＬＥＤ３２の自然光Ｓの照射経路上には、屈折レンズ３３が設けられている。

前記屈折レンズ３３は、前記各ＬＥＤ３２から照射された自然光Ｓ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（ａ）に示すように、平行光あるいは略平行光は、屈折レンズ３３から出射するときに、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Ｈ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３（ａ）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により前記照明手段３０の各ＬＥＤ３２から照射された自然光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の照明手段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の照明手段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の照明手段３１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、撮像素子としてラインセンサ（図示せず）を使用しており、それぞれ前記ベースプレート２１に固定されている。前記第１のカメラ３６によって本発明でいう第１の撮像手段が構成され、前記第２のカメラ３７によって本発明でいう第２の撮像手段が構成されている。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。これらの第１および第２の照明手段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４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５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させるとともにＱＦＰのリードやＢＧＡ，ＣＳＰの半球状端子の高さを検出する部品認識手段４３とを備えている。この部品認識手段４３と前記撮像装置２０とによって本発明でいう部品認識装置が構成されている。

ここで、制御装置１７（前記部品認識手段４３）の詳細な構成を表面実装機１の動作の説明と合わせて図５に示すフローチャートによって詳細に説明する。
表面実装機１は、図５のステップＳ１において、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上の所定の実装位置に移載する。この表面実装機１は、前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、前記ステップＳ１で吸着ノズル１４に実装用部品Ｄを吸着させた後、ステップＳ２において、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する。このとき、制御装置１７は、実装用部品ＤがＱＦＰなどのリードを有するものである場合は、ステップＳ３に進み、第２の照明手段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）とリードとが写るように撮像する。
この第２のカメラ３７によって撮像された画像を以下「垂直画像」という。このときに撮像された垂直画像を図６（ａ）に示す。

次に、制御装置１７は、ステップＳ４で各リードの位置を検出し、実装用部品Ｄを位置決めするための補正量を求めるとともに、リードピッチと長さとを検出する。そして、ステップＳ５において、制御装置１７は、第１の照明手段３０と第１のカメラ３６とを使用して実装用部品Ｄの実装面とリードとを斜め下方向から撮像する。このときに斜めから撮像された画像を図６（ｂ）に示す。この第１のカメラ３６によって撮像された画像を以下「斜め画像」という。制御装置１７は、ステップＳ６において、前記斜め画像に撮像されているリードの位置を検出し、この斜め画像と前記ステップＳ３で撮像した垂直画像とを用いて第１の高さデータを求める。この第１の高さデータは、図９においては左右方向に延びるリード１０１Ａの高さデータである。同図において上下方向に延びるリードの高さデータは、後述するステップＳ１２で求める。

しかる後、制御装置１７は、ステップＳ７において、この実装用部品Ｄのリードが２方向（Ｘ方向）に延びるもののみであるか否かを判定する。この判定結果がＮＯ、すなわち実装用部品ＤがＱＦＰである場合は、ステップＳ８に進み、制御装置１７は、回転駆動手段１６を動作させて吸着ヘッド１３を垂直な軸線上で９０°回転させる。そして、制御装置１７は、ステップＳ９で第２の照明手段３１と第２のカメラ３７とによって垂直画像を撮像し、この垂直画像に撮像されているリードの位置をステップＳ１０で検出した後、ステップＳ１１で第１の照明手段３０と第１のカメラ３６とを使用して斜め画像を撮像する。制御装置１７は、この斜め画像に撮像されているリードの位置をステップＳ１２で検出し、この斜め画像と、前記ステップＳ９で撮像した垂直画像とに基づいて第２の高さデータを求める。この第２の高さデータは、図９においては上下方向に延びるリード１０１Ｂの高さデータとなる。

次に、制御装置１７は、ステップＳ１３において、前記ステップＳ６で求めた第１の高さデータとステップＳ１２で求めた第２の高さデータとに基づいて全てのリードの高さを検出する。なお、前記ステップＳ７でリードが２方向に延びるもののみであると判定された場合もステップＳ１３に進む。次に、制御装置１７は、ステップＳ１４において、前記全てのリードの高さデータに基づいて実装用部品Ｄのリードの先端部の平坦度等を判定（コプラナリティ判定）する。このコプラナリティ判定により良品であると判定された実装用部品Ｄは、ステップＳ１５でヘッドユニット５がプリント配線板Ｐの所定の実装位置の上方に移動し、ステップＳ１６でプリント配線板Ｐ上に移載される。

前記ステップＳ２において実装用部品ＤがＢＧＡやＣＳＰであると判定された場合は、ステップＳ１７に示すように、第２の照明手段３１と第２のカメラ３７とによって実装用部品Ｄのパッケージの実装面（プリント配線板Ｐと対向する下面）と半球状端子とが写るように垂直画像を撮像し、ステップＳ１８で各半球状端子の位置を検出し、実装用部品Ｄを位置決めするための補正量を求めるとともに、半球状端子の欠損の有無を検出する。ＢＧＡやＣＳＰを垂直方向から撮像するに当たっては、第２の照明手段３１の代わりに、実装用用部品Ｄに側方から光を照射する照明手段（図示せず）を使用することができる。

このように垂直画像から各種の検出と判定を行った後、制御装置１７は、ステップＳ１９で第１の照明手段３０と第１のカメラ３６とを使用して前記実装面と半球状端子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位置を検出する（ステップＳ２０）。そして、制御装置１７は、ステップＳ２１で回転駆動手段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Ｓ２２で第１の照明手段３０と第１のカメラ３６とを使用して斜め画像を撮像する。しかる後、制御装置１７は、前記ステップ１９で撮像した斜め画像と、前記ステップＳ２２で撮像した斜め画像とを使用して画像処理により各半球状端子の高さを検出し（ステップＳ１３）、ステップＳ１４でコプラナリティ判定を行う。すなわち、回転前に撮像した斜め画像で検出した半球状端子の頂点の位置と、回転後に撮像した斜め画像で検出した半球状端子の頂点の位置とにより、同一の半球状端子の高さを検出し、この検出結果に基づいてコプラナリティ判定を行う。
制御装置１７は、ステップＳ１３で半球状端子の高さを検出するに当たって、前記ＱＦＰのリードの高さを検出するときと同様のアルゴリズムで行う。その後、制御装置１７は、上述したＱＦＰの場合と同様に、判定結果が良好である実装用部品Ｄのみをプリント配線板Ｐに実装する（ステップＳ１５〜Ｓ１６）。

したがって、上述した部品認識装置を装備した表面実装機１においては、実装用部品ＤがＱＦＰである場合は、実装用部品Ｄを実装面とは直交する軸線回りに９０°回転させることにより、図９において上下方向に延びるリード１０１Ｂを左右方向に延びるように方向転換した状態で撮像することができる。このため、この表面実装機１においては、ＱＦＰのリードの高さの検出精度を従来より向上させることができた。

一方、実装用部品ＤがＢＧＡ，ＣＳＰである場合は、半球状端子を斜め方向の一方と斜め方向の他方とから撮像した二つの斜め画像によって半球状端子の高さを検出することができるから、半球状端子を形状が近似するように撮像することができる。この結果、画像処理により半球状端子の高さを、リードの高さを検出するときと同様のアルゴリズムを用いて高い精度で検出することができる。
したがって、この実施の形態による部品認識装置によれば、ＱＦＰや、ＢＧＡ，ＣＳＰのリード・半球状端子の高さを従来の部品認識装置に較べて高い精度で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に装備した部品認識装置は、ＱＦＰの縦方向に延びるリードの高さデータと、横方向に延びるリードの高さデータとを用いて全てのリードの高さを検出し、コプラナリティ判定を行うものであるから、ＱＦＰの良否判定を正確に行うことができる。なお、この表面実装機１においては、ＱＦＰのリードの高さを検出するに当たっては、下記の各例に示すように行うことができる。

第１例
ステップＳ６で第１の高さデータを求めた後、この高さデータが良好であると判定された場合には、ＱＦＰであってもステップＳ８〜ステップＳ１２を実施することなくステップＳ１３に進む。
第２例
ステップＳ３で撮像した垂直画像によってリードの位置を検出し、ステップＳ５で撮像した斜め画像とステップＳ１１で撮像した斜め画像とを使用して全てのリードの高さを検出する。この方法を採ることによって、９０°回転後の垂直画像の撮像行程を省略することができる。

第３例
９０°回転を行う以前と以後の撮像順序を変える。すなわち、９０°回転を行う以前に斜め画像を撮像してから垂直画像を撮像する。または、９０°回転を行った後に斜め画像を撮像してから垂直画像を撮像する。
第４例
ステップＳ３で撮像した垂直画像とステップＳ５で撮像した斜め画像とによって第１の高さデータを求め、ステップＳ３で撮像した垂直画像とステップＳ１１で撮像した斜め画像とによって第２の高さデータを求める。そして、前記第１の高さデータと前記第２の高さデータとによって全てのリードの高さ（最終的な高さ）を検出する。この方法を採ることによっても９０°回転後の垂直画像の撮像行程を省略することができる。

上述した実施の形態による表面実装機１に装備した部品認識装置は、第１のカメラ３６のみによってリードや半球状端子を斜め方向から撮像する構成を採っているから、斜め方向から撮像する撮像手段を二つ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る。このため、この発明によれば、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、ＢＧＡやＣＳＰの半球状端子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、ＢＧＡ，ＣＳＰを実装する場合に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°に変えることもできる。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。

さらにまた、上述した実施の形態では第１および第２のカメラ３６，３７を一つのベースプレート２１に装着する例を示したが、これらの第１および第２のカメラ３６，３７はそれぞれ別体に形成し、図７に示すように、Ｙ方向に並べて設置することができる。この構成を採る場合は、同図中に矢印で示すように、最短経路でヘッドユニット５を移動させる。
加えて、上述した実施の形態では、リードがいわゆるガルウイング状に形成され、リード先端部の下面がプリント配線板に半田付けされるＱＦＰを使用する場合について説明したが、リードの形状は適宜変更することができる。例えば、リードは、先端部がプリント配線板のスルーホールに挿入されてプリント配線板の下面側で半田付けされる構造のものでもよい。この場合、第１のカメラ３６と第２のカメラ３７とでリードを撮像するときの焦点の位置は、実装用部品をプリント配線板に位置決めするうえで最適な高さ方向の位置とすることができる。

なお、本発明に係る部品認識装置は、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。

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、１０１…リード、１０４…半球状端子、４３…部品認識手段、Ｄ…実装用部品。

Claims (2)

1. プリント配線板に実装される電子部品におけるパッケージの互いに向かい合う２側部に設けられた第１のリード群の複数のリードと、前記パッケージの他の２側部に設けられた第２のリード群の複数のリードとの高さを検出する機能と、前記電子部品におけるパッケージの実装面に複数突設された半球状端子の高さを検出する機能とを有する部品認識手段と、
   前記第１、第２のリード群の複数のリードと前記半球状端子とを撮像する撮像装置とを備え、
   前記撮像装置は、前記第１、第２のリード群の複数のリードと前記半球状端子とを前記第１のリード群または第２のリード群のリードの延びる方向から見て他方のリード群のリードの延びる方向に対して傾斜する斜め方向から斜め画像を撮像する単一の第１の撮像手段を有する斜め撮像部と、前記第１、第２のリード群の複数のリードを前記パッケージ下面とは直交する垂直方向から垂直画像を撮像する単一の第２の撮像手段を有する垂直撮像部とを備え、
   前記斜め撮像部は、前記電子部品の下面に斜め下方から撮像用の光を照射する第１の照明手段と、この第１の照明手段から照射されて前記電子部品の下面の下面で反射した反射光を下方側へ反射させるミラーと、前記ミラーで反射された光を受光する前記第１の撮像手段とを備え、
   前記垂直撮像部は、前記電子部品の下面に下方から光を照射する第２の照明手段と、この第２の照明手段から照射されて前記電子部品によって下方へ反射した光を受光する前記第２の撮像手段とを備え、
   前記第１の撮像手段は、前記第２の撮像手段の下方に位置付けられ、
   前記第１の照明手段は、前記第２の照明手段の側方に配置され、
   前記部品認識手段は、前記第１、第２のリード群の高さを検出するにあたって一方のリード群について撮像を行った後に前記電子部品を実装面とは直交する軸線回りに９０°回転させて他方のリード群について撮像を行い、かつ前記半球状端子の高さを検出するにあたっては、斜め画像を撮像した後に前記電子部品を実装面とは直交する軸線回りに１８０°回転させた状態で再度斜め画像を撮像して行うものであって、
   前記電子部品を９０°回転させる以前に撮像した前記垂直画像と前記斜め画像とによって一方のリード群のリード高さを検出するとともに、回転させる以前に撮像した前記垂直画像と回転後に撮像した前記斜め画像とによって他方のリード群のリード高さを検出する形態と、
   前記電子部品を９０°回転させる以前に撮像した前記垂直画像によってリードの位置を検出し、前記電子部品を９０°回転させる以前に撮像した前記斜め画像と回転後に撮像した前記斜め画像とによって前記第１のリード群のリード高さと前記第２のリード群のリード高さとを検出する形態とのうちいずれか一方の形態を採って構成されていることを特徴とする部品認識装置。
2. 基台上にプリント配線板搬送用のコンベアと、コンベア側方においてプリント配線板の搬送方向に並べて配置され、多数のテープフィーダが配列された部品供給部と、部品装着用の吸着ヘッドが搭載され、基台上方において搬送方向と前後方向に移動可能なヘッドユニットと、基台上に配置された撮像装置と、コンベアの移動、ヘッドユニットの移動および動作、および撮像装置による撮像を制御し、撮像された画像に基づき部品認識を行う部品認識手段を備えた制御装置とを備え、テープフィーダから吸着した部品を、撮像装置の上方を経由してプリント配線板の所定の実装位置の上方に移動し、部品認識結果に基づきプリント配線板上に移載する表面実装機であって、
   撮像装置と部品認識手段からなる部品認識装置が、請求項１記載の部品認識装置からなり、前記撮像装置は、前記搬送方向の２つの前記部品供給部の間に配置され、前記斜め画像は搬送方向に傾く方向から撮像し、半球状端子を有する実装用部品に対しては前記半球状端子の高さを検出し、かつリードを有する実装用部品に対しては前記リードの高さを検出する表面実装機。