JPH06504847A - 高精度構成要素整合センサ・システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 高精度構成要素整合センサ・システム （技術分野） 本発明は、表面実装構成要素定置次装置の如き把持／定ｉδ（ｐｉｃｋ−ａｎｄ −ｐｌｉｃｅ）システムによる精密定置のための角度配向および座標（ｘ、　ｙ ）位置決めの両方に関する電気構成要素を正確に整合する制御システムに関する 。特に、本発明は、回路板あるいは他の製作素材（ｗｏｒｋ　ｐｉｅｃｅ）上の 構成要素定置装置による構成要素の正確な定置のため、構成要素の角度配向およ び構成要素の座標位置決めを正確に決定し、把持／定置システムがこれを結合す ることを可能にする非接触レーザに基（センサ・システムに関する。

（背景技術） 今日広く使用される２つの形式の構成要素定量装置が存在しており、その一方は １つ以−にの真空中空軸（ｖａｃｕｕｍ　ｑｕｉｌｌｓ）を用いて収容箱（ｂｉ ｎ）へ移動し、構成要素を取上げて正しい配向に向け、構成要素を回路板または 他の製作素材へ運び、リード（ｌｅａｄ）を回路板または他の製作素材上に規定 される回路結線と適正に接触させた状態で構成要素をその適正位置に正確に配置 するデカルト（ｃａ　ｒ　ｔｅｓ　ｆａｎ）方式である。使用される他の形式の 定置システムは、構成要素が収容箱から拾い上げられて回路板上に定量するため の円形要素搬送機構の周囲に配置されたステーションを介して段階状に置かれる 回転木馬即ちターレット定温システムである。本発明は、高い速度と精度で構成 要素を正確に定置しなければならないデカルト方式に最も有効である。

電気的構成要素は、適正な電気的接触を保証するため回路板上に正確に定置され ねばならず、このため正しい角度配向および側方位置決定を必要とする。角度配 向および側方位置決定は、今日では機械的手段によって最も広く行われている。

真空中空軸は、定置されるべき部品を拾い−ヒげる。構成要素収容箱と回路板間 の移動中、固定装置から吊下げられる４個のジョーあるいはハンマーが下方へ移 動して、略々等しい力で４つ全ての側面上において構成要素に当たる。このよう な機械的システムの意図は、ずれがゼロ度の正しい角度配向を確保すると共に構 成要素を真空中空軸の中心に償くように、構成要素を真空中空軸上に移送するこ とにある。このような構成要素への衝突は、コンデンサあるいはこのような他の 構成要素において一般に用いられるセラミック材料の微小な割れの如き損傷を生 じ得る。また、送り間隔および幅が僅かに約０．２５４〜０．６３５ｍ■（１０ 〜２５ミル）の大きさに過ぎない今日の技術において用いられる設計ルールが要 求する角度配向および側方位置の両方に関して非常に高い精度を達成することは 非常に難しい。異なる構成要素寸法を許容するため、６つの異なるジョー・サイ ズが要求され、これが高い経費をもたらし得る。

多くの非接触の高精度の方法が提起されている。しかし、過去の光に基くシステ ムは、今日の技術で要求される高速度および高精度を達成する上で困難があった 。

ＴＶカメラを用いる視覚に基くシステムは、高精度を達成することができる。

しかし、これらは提起されたシステムの肉量も高価なものの１つであり、収容箱 からＴＶステーションへの、次いで製作素材または回路板への中空軸の経路にお いて偏向を必要とし、これがプロセスを実質的に遅いものにしている。本発明の レーザ・センサは、略々２倍の時間節減を達成するため偏向なしに構成要素を回 路板上の適当箇所へ直接搬送する構成要素搬送中空軸を包囲するように接続され ている。更に、このようなシステムにより構成要素が載置される中空軸から定置 される非常に小さな構成要素の特定パラメータを弁別することは時に困難である 。

１つの構成要素がコリメートされた光ビームの光路内に介挿され、光の強さが１ つの光検出器あるいは１対の光検出器により検出され、最大の光強さが最も狭い 陰を表示してこれにより構成要素の適正な角度配向を表示する光検出システムも また提起されてきた。しかし、このようなシステムでは、定温される構成要素の 範囲を取扱い、かつ整合に要求される精度を達成することは困難である。定量さ れる構成要素の寸法は、通常約０．０５乃至５０．８龍（０，０２乃至２．０イ ンチ）の範囲で変化する。１つの光検出器システムが、必要とされる約５０．８ ■■（２，０インチ）の部分に対する陰の変化を検出するに充分な大きさに設計 されるならば、約０．０５■■（０，０２インチ）の部分の回転により生じる僅 かな（ｆｒａｃｔｉｎａｌ）変動は実質的に検出不可能である全光強さにほとん ど影響を及ぼさない。２つの検出システムの場合は、構成要素の部分は縁部位置 を決定するため分析される各検出器に当たる光の比率により２つの検出器間に正 確に整合されねばならない。しかし、このような測定を行うように光検出器を機 械的に整合することは非常に困難である。光の均一性は正確でなければならず、 このようなシステムは、構成要素のリードの陰がその構成要素体部の陰から弁別 されないため、リード位置を検出することができない。

最後に、一連のレーザ光源が一連の光検出器と整合されることも提起された。

このような設計は、１つの検出器あるいは１対の検出器に対する提案と関連する 諸問題のあるものを克服する。しかし、達成可能な精度は個々のレーザ光源相互 の間隔以上のなにものでもあり得ない。最小の間隔は、レーザ・ダイオード光源 の大きさにより与えられ、これは０．５鰭である。この最小間隔は、信頼し得る 構成要素の位置の検出のためには依然として大き過ぎる。要求される物理的間隔 もまた、回折効果により悪影響を受けてこのような設計精度を更に制限する。ま た、多くのレーザ光源を含むこのようなシステムのコストもまた実施不能に高価 となるものと考えられる。

現在の技術により構成要素の定温を達成するため必要なことは、角度配向精度が ０．０３°以下でかつ約０．０２５４ｍ＋■（０，００１インチ）より良好な側 方位置精度を以て、約０．０５乃至５０．８關（０，０２乃至２．０インチ）間 で変化する部品範囲を数百ミリ秒で迅速に整合し得る構成要素システムである。

本発明は、特にこの要求に対応するものである。

（発明の概要） 本発明は、約０．０５乃至５０．３＋■（０，０２乃至２．０インチ）の寸法範 囲にある構成部品を正確に整合するよう設計されたレーザに基くシステムである 。こ運動する定置機構に対して固定される。このセンサ・システムは、レーザ・ ダイオードを含み、それからの光は規準（ｃｏ　ｌ　Ｉ　ｉｍａ　ｔ　ｉ　ｎｇ ）レンズによりコリメートされ、スリット開口に通される。これは、縞状のレー ザ光を生じ、このレーザ光は整合が検出される構成要素を通過し阻止される。構 成要素により投影される陰は線形アレイ検出器により検出される。検出要素間の 典型的な間隔は、１０乃至１４マイクロメートル（μｍ）である。検出要素の個 数は、定量される最も大きな構成要素に適合するように選定される。検出器アレ イから読出されるデータは、検出器アレイに投影される陰の前縁と後縁を検出す るため分析される。

陰の縁部のみが検出されて分析されるため、約５０．８ｍｍ（２，０インチ）部 品を整合するときに達成される時と同じ精度が約０．０５龍（（ＬＯ２インチ） の部品を整合する時に達成される。以下に述べるデータ処理アルゴリズムを用い て、０．０３’以下で角度配向が達成可能であり、側方の整合は約０．０２５關 （０，００１インチ）以下の精度で達成可能である。

また、構成要素体部の配向および側方の位置決定のみならず、構成要素が定置さ れるべき回路板上に正確に整合されねばならない実際の要素である構成要素体部 からの電気リードもまた検出することが可能である。

本発明の一目的は、構成要素定置装置による定置される構成要素の角度配向およ び側方位置を正確に決定することにある。

本発明の一目的は、０．０３°以下の精度で構成要素定置装置により定置される べき構成要素の角度配向を正確に決定することにある。

本発明の一目的は、構成要素定置装置により約０．０２５鰭（０−００１インチ ）以下の精度で定置されるべき構成要素の側方位置を決定することにある。

本発明の一目的は、５００ミリ秒以下で構成要素定置装置により定置されるべき 構成要素の角度配向および側方位置を決定することにある。

本発明の一目的は、構成要素定置装置により定置されるべき構成要素におけるリ ードの角度配向および側方位置を決定することにある。

本発明の一目的は、０．０３°以下の角度精度で角度配向を決定し、かつ大きさ が約０．０５乃至５０．８ｍｍ　（０，０２乃至２．０インチ）の寸法範囲に対 して約０゜０２５＋５（０−００１インチ）以下の精度で側方位置を決定するこ とにある。

本発明の上記および他の目的、特徴および利点については、当業者には望ましい 実施態様、図面および特許請求の範囲の以降の記述を読めば明らかになるであろ う。

（図面の簡単な説明） 図１は、本発明の環境を示す平面図である。図１には、回路板または製作素材゛ 　上に構成要素定置装置により定量される構成要素を含む構成要素収容箱が示さ れている。図１にはまた、構成要素収容箱と製作素材間で可能な最も短い経路で 中空軸により搬送される構成要素が示されている。

図２は、構成要素を回転させる回転モータと、定置ヘッド制御箱と、レーザ整合 センサとを含む構成要素搬送機構を更に詳細に示す立面図である。構成要素を保 持する真空中空軸がレーザ整合センサを貫通している。

図３は、レーザ・ダイオードと、線形アレイのイメージ・センサに当たるように 光ビームまたは縞を構成要素を横切って通す規準レンズとを含む本発明の基本的 要素の図である。整合のため、構成要素部品がレーザビームへ引き込められ、測 定のため回転させられる。

図４は、本発明の望ましい実施例の平面図である。図４には、規準レンズを通り 、部品を通過し、光学フィルタを通って線形ＣＣＤアレイに対する１対の反射ミ ラーヘレーザ・ビームが指向されている。

図５は、線５−５に関する図４のレーザ・センサの断面側面図である。図５は、 レーザと規準レンズ間の光路が曲折され、従って１対の折り返しミラーを介して 、よす小さなパッケージに入れられる状態を示す。

図６は、光の縞を生成するようスリット開口を通り、構成要素部分に対してこれ を通過して検出アレイに当たるよう測定領域を横切って光を分配する規準レンズ を通るレーザダイオードからのレーザ光路の概略図である。

図７は、構成要素部品が誤った配向に雀かれた時の図６の要素を示す図である。

図７は、構成要素部品の隅部から隅部までにより投影される広い陰を示す。図７ の線形アレイの上方に線形アレイからのデータが示されている。

図８は、構成要素が整合状態にある時の図７の同じ構成要素を示す図である。

線形アレイに投影される陰即ち暗部が図７におけるより狭い。ＣＣＤアレイから の対応データが陰の挟まりを示す。

図９は構成要素および構成要素を横切るレーザ縞を示す。構成要素体部のみ、構 成要素のリードと体部の双方、あるいは構成要素のリードのみを読出すようにレ ーザ縞が配量され得る。

図１０は、角度配向および側方位置を達成する一つの方法を概略的に示す。図１ ０においては、データが閾値電圧以下に減少する時を決定するため弁別器が用い られている。当該弁別器は、構成要素の角度配向および構成要素の縁部位置を確 立するため使用可能なディジタル表示へアナログ・データを変換する。図１０に は、陰の前縁部および後縁部により識別されるデータ点が示されている。図１０ の右側には、弁別され、リード整合のディジタル表示へ変換し得るリード位置の 決定が示されている。

図１１は、検出アレイから決定される陰の前線部と後縁部を識別して検出し、回 路板または製作素材上に構成要素を正しい角度配向および正しいＸ、　Ｙ位置に 置くため必要な調整を示す信号を構成要素定置装置へ提供するため使用される電 子要素のブロック図である。

図１２ａ１図１２ｂおよび図１２Ｃは、他の部品サイズが検出システムにより分 析し得る方法を示す。図１２ａは構成要素に対する検出器の中心から偏る取付け により約５０．８龍（２インチ）より大きな部品の整合及び位置決めを可能にす る方法を示す。図１２ｂは、イメージを構成要素より小さな検出器上に投じ得る ように比較的大きな部品のイメージを縮小する別の光学要素の使用を示す。図１ ２ｃは測定の分解能を強化する別の光学要素の使用を示す。

（実施例） 図１および図２は、本発明が用いられるべき一般的な環境を示している。図１は 、１つ以上の真空中空軸２４を用いて予め定めた収容箱３２から構成要素３０を 逐次拾い上げ、できるだけ迅速に構成要素を正確に整合されねばならない回路板 ３４または他の表面へ搬送し、回路板３４上に前に形成された配線レイアウトに 構成要素３０のリード５０を適正に整合させるように構成要素３０を所望の場所 に正確に定着する典型的な表面実装用構成要素定量装置を略図で示している。

高精度の定置のためには、約０．　Ｏ２５■■（０，００１インチ）のＸ、Ｙ面 における位置決め誤差とともに０．３０°の角度整合即ち配向における精度であ る。このようなシステムにおいて典型的に用いられる構成要素３０の部品寸法は 、ある場合にはより大きな構成要素３０の寸法が要求されるが、大きさが約２５ ．４−一（１インチ）の略々２０／１０００から約５０．８ｍｍ（２インチ）の 範囲で変化する。

角度配向は、電気リードの設定に及ぼす不正配向の影響め故に重要である。最も 大きな構成要素サイズ（例えば、約５０．８■■（２インチ））の場合、０．１ ００の偏差が、構成要素の外縁部におけるリード位置を約０．０５１ｍ５＋（０ ，００２インチ）だけ傾き即ち不良配孟を生じる。０．０３°の整合精度が本発 明の目的である理由は、このためである。

図２において、回転モータ４１と、真空中空軸２４を保持し回転させ引込めるた めの固定装置を含む定温ヘッド制御箱４３とを含む構成要素担持機構４０が開示 されている。回転固定装置は、構成要素３０の拾い上げ、整合、位置決めおよび 定置の目的のため真空中空軸を回転させる。また、図２には、レーザ・センサ４ ５、および適正な定温が本発明の目的である構成要素３０も示される。

周知の設計である構成要素制御箱４３においては、構成要素３０が真空作用によ り引付けられる中空軸を引込めるための装置、構成要素を中空軸２４の端部に保 持する真空を生じる装置、角度位置エンコーダ、作用力センサなどがある。制御 箱４３には、中空軸２４が貫通しかつ構成要素３０がその角度配向の決定のため および中空軸２４の中心に対する整合のため引込めることができる開口４８を有 するレーザに基づいた整合センサ４５が取付けられている。

図３は、レーザ・センサ４５の構成要素の概略図である。論議を簡単にするため 、視線の表示はレーザ６０から規準レンズ６１を通り構成要素３０および中空軸 ２４を通って線形アレイ・イメージ・センサ６５に至るように示される。実施に おいては、より長い焦点長さが望ましく、図４および図５は、レーザ６０および 他の構成要素の望ましい実施例の実際の配向を更に正確に表わしている。換言す れば、図４および図５に示されるように、望ましい実施例は、部品から遠ざかる 方向に指向されたレーザ・ダイオード６０と、規準レンズ６１を通るようレーザ 光ビームを指向させる２個の反射ミラー７０．７２と、部品３０を通るスリブ゛ 　ト・オリフィス７５とを含み、構成要素３０の縁部を通るレーザ・ビームまた は縞のこの部分が光フィルタ７６により濾波され、線形ＣＣＤアレイ６５に当た り、角度配向およびＸ、Ｙ位置について処理されるべきデータを生じる。また、 １つの反射用放物面レンズ（図示せず）をミラー７０．７２の代わりに用いるこ とも可能である。

図６乃至図８は更に、表面実装要素定置装置に対するレーザに基づいた構成要素 整合センサ４５の構成要素、およびその動作モードを略図的に示している。図６ に示されるように、コヒーレントな短い波長を有することが望ましいレーザ光源 は、規準レンズ６１に対して直接あるいは反射ミラー７０．７２を介して間接的 に指向されて、構成要素３０の全ての部分へ等しい光を提供する。構成要素によ り投影される光パターンは、多要素センサ・アレイ６５により検出される。スリ ット開ロア５を用いて、（Ａ）構成要素３０を完全に横切り、あるいは（Ｂ）構 成要素３０およびそのリード５０を横切り、あるいは特殊な状況では（Ｃ）図９ に示される如くリード５０自体を横切って配置される光（図９におけるＡ、Ｂ、 Ｃ）の均等な縞を確保する。構成要素３０により妨げられない光は、構成要素３ ０を通過して、各々が１０．４マイクロメートルの中心間隔で直線に沿って１０ ゜４μｍＸ１０−４μｍである３、４５６個の要素を持つ、Ｔｅｘａｓ　Ｉｎｓ ｔｒｕｍｅｎｔｓ社製の部品番号ＴＣ１０４の如き線形ＣＣＤ検出器アレイ６５ に当たる。構成要素３０と検出器アレイ６５間に介挿されるのは、問題となる波 長から外れる周囲光および他の光を最小限に抑える光フィルタ７６である。検出 器アレイ６５からこのように捕捉されたデータ８０は、次に、以下に更に詳細に 述べる１つ以上のアルゴリズムを用いて処理される。

単色レーザ・ダイオードが用いられる場合に生じ得る塵埃からのスペックル効果 を軽減するため、コヒーレントで比較的短い波長を持つレーザ光源６０が望まし い。３４５６個の検出器アレイ要素の使用は、大きな部品を測定することを可能 にする。これらの要素は、その中心間が約０．０１ｍｍ（はぼ０．４ミル）で隔 てられ、これにより高い精度が可能になる。角度配向および側方位置における小 さな変化に対する感度は、従来技術の装置より著しく増大する。これは、陰の縁 部付近の所与の光検出器の場合、光レベルの微細な変化が非常に小さな角度の回 転に対して非常に大きくなり得る故である。

次に図７において、構成要素３０は、その角度配向が整合状態から外れた状態で 示される。図７に示されるように、比較的多数の検出要素が、陰９０を生じる構 成要素３０の不正角度配向の故にレーザから遮られている。更に、構成要素３０ の縁部を通った光の回折により生じた明るい部分と暗い部分９０との間に生じた アレイ６５に当たる比較的小さな陰９３．９４の小さな領域が存在する。更に、 僅かに明るい部分９６．９７が、構成要素３０の最も外側縁部から外れた光の回 折および反射による陰９０の外側縁部に隣接して検出される。図７に示されるの は、レーザ光源６０からの妨げられない光、従って反射からの光の増加９６．９ ７、屈折により生じる陰領域９３．９４における光の減少量、および検出器アレ イ６５の対応側における同じパターンを持つ暗い陰領域９０を受ける検出器アレ イ６５の部分１０２．１０３を示すＣＣＤアレイ６５から読出されるデータのデ □−タ・パターン８０である。図８は、構成要素が角度において整合状態にある 時の光パターンおよびデータ８０を示している。図７および図８の比較から明ら かなように、角度の整合は、検出器アレイ６５からのデータ８０により決定され る陰パターン９０が最も狭い時を決定することにより確保することができる。こ れは、陰１１０の前縁部と陰１１２の後縁部を追って決定することにより、また 陰の縁部１１０．１１２の前後にあるデータ８０のみを捕捉することにより、最 小限の電子処理装置を用いて達成することができる。

図１０は、データの高精度での処理方法を示している。整合および位置センサ４ ３により分析されるべき部品３０の幅の範囲は、通常は約０．５０８乃至５０゜ ８龍（０，０２乃至２インチ）の範囲であり、これより大きいこともある。３， ０００要素以上のダイオードアレイ６５から全てのデータ８０を保持して分析す ることは実用的でなくまた必要でもない。構成要素によりダイオードアレイ６５ 上に投影される陰９０の縁部１１０．１１２に関連するデータ８０のみを得て分 析する必要がある。図１０において、主たる問題の２つの区間Ａ−ＢとＣ−Ｄが あり、一方の区間Ａ−Ｂは陰９０の前縁部１１０であり、他方のＣ−Ｄは陰９０ の後縁部１１２である。換言すれば、区間Ａ−Ｈにおけるデータは構成要素の片 側により生じる陰の縁部を定義し、区間Ｃ−Ｄは反対側により生じる縁部を定義 する。

区間Ａ−ＢおよびＣ−Ｄで示される如き定義された縁部１１０．１１２を用む１ て、部品３０を整合することができる。最初に、構成要素３０が不整合であると 知られる位置において拾い上げられ、従ってより大きな陰９０を投射する。構成 要素３０は次に、構成要素定置ヘッド４３により回転させられ、陰９０の幅が最 小となる角度位温か判る。陰９０が最も狭い時の縁部位置が知られ、その中空軸 ２４の中心からの偏よりもまた知られる。これらの位置は、部品の側方位置の計 算を可能にする。次に、縁部１１０．１１２の位置により決定される構成要素３ ０の陰９０の中心を中空軸２４の中心と比較することに再び基いて、構成要素を ９０°回転することができ、直交の側方位置が決定できる。

あるいはまた、直交の側方位置を決定するため第１のセンサ４５に対して直交し て配置される第２のセンサ（図示せず）を使用することもできる。

構成要素３０が整合状態に回転されることにより陰９０の幅が減少するに従って 、陰９０の縁部１１０に配置される特定のフォトダイオード要素は、陰９０の幅 が最小となる地点まで徐々に多くの光を受けることになる。構成要素が回転し続 けると、陰の幅が増加し、同じ感光要素に当たる光量は減少し始める。このため 、陰の縁部にあると決定される感光要素からの出力が最大となる位置、即ち、最 大量の光を受取る位置を見出すことにより、構成要素３０を正確にレーザ光に平 行に配向させることができる。

図１０に示される使用可能な１つの方法は、閾値電圧（ｖＴＨ）と、ダイオード アレイ６５の各要素における電圧が閾値電圧ｖＴはりも低下する時を検出するこ とにより、前記ダイオードアレイ６５からのアナログ・データ８０をデイジタル 表示１２０へ変換するコンパレータ即ち弁別器との使用であり、これにより構成 要素３０の陰９０が検出されたことを示す。

アレイ６５における各要素は、５ＭＨｚのデータ速度で逐次読出されて閾値電圧 Ｖ７□と比較される。データ８０が閾値電圧より低い最初の低下を読出すピクセ ル・カウントがラッチ信号として用いられ、最初の発生の直前直後のデータの読 み回数が陰の前線部１１０としてデータ・バッファに格納される。データ点がい くつあっても格納することができるが、最初のラッチ信号（Ａ−Ｂ）の前後の３ ２ビクセルが満足できるのであることが判り、構成要素３０の正確な角度配向お よび側方位置の分析に必要な合計で僅かに１２８項目のデータ（Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄ ）を提供する。

同様に、データ信号が最初に閾値電圧Ｖｙ＋＋より高く増加する時、陰の後縁部 １１２についてデータが読出され格納される。次いで、このデータは、現在の陰 の縁部位置のためのデータとして格納される。

次いで、中空軸が増分的に回転し、ダイオードアレイ６５からのデータ８０の次 に続（走査が分析される。データが１ミリ秒以下でアレイから読出すことができ るため、構成要素３０は約１５０ミリ秒間に９０°回転する。この回転運動の影 響は精度に対して小さい。５ピツチの整合のために、部品３０は、最初の通過が 適正な角度整合を確立した領域にわたって更にゆるやかに回転させられる。続く 走査において、陰９０の前縁部１１０が、電圧が最初に閾値電圧ＶＴＭより低下 したダイオード・アレイ位置のピクセル・カウントにより再び決定される。陰９ ０の前縁部１１０がより高いピクセル・カウントで検出されるならば、このこと は、陰９０が狭くなったことを示し、前のデータが無視され、陰９０の現在の位 置を示す新しいデータが格納される。上記プロセスは、構成要素３０の整合を示 す最も狭い陰９０が決定されるまで繰返される。

基本的には、角度配向はアルゴリズム数により正確に決定することができる。

適正な角度配向は、「縁部ピクセル」の強さが最大となる角度において確立する ことができる。前記アルゴリズムはまた、弁別器１３０および閾値電圧ｖ７１． を用いることにより図１０に示される２進形態で構成することもできる。陰９０ が狭（なるに伴い、当たる光、従っである光検出器要素から読出される電圧は、 閾値電圧より高（なり、次いで構成要素が回転して整合点を通過すると、閾値電 圧より低くなる。２進弁別器を用いて、電圧が閾値より高くなる角度、および電 圧が閾値より低（なる角度を記録することができる。適正な整合は、電圧、従り て光が最大の強さに達した２つの角度の中間となるように決定することができる 。角度位置を著しく精密に解く即ち超分解（ｓｕｐｅｒ−ｒｅｓｏｌｖｅ）する この２進法を用いて多数の「縁部ビクセル」を分析することができる。

パッケージの陰の前縁部１１０および後縁部１１２は、ディジタル化されたアナ ログ・ビデオ・データを用いて計算することができる。適正な角度配向は、陰の 輻９０が最小となる地点で確立される。角度位置を超分解するため説明もまた用 いることができる。

アナログ閾値を陰のビデオ・データに同様に適用することにより、側方（Ｘ。

Ｙ）位置の決定のため同様なデータ分析を行うことができる。パッケージ幅は、 前縁及び後縁の「縁部ビクセル」間の距離である。パッケージ中心は、２つの縁 部ビクセルの中間に置かれる。また、回折パターンの有限幅を許容するため補正 因数を加えることもできる。ビデオ信号がディジタル化されると、縁部位ｌの計 算のための多数のイメージ処理アルゴリズムが存在する。明らかなように、側方 位置を直交方向に配置するために部品が９０°回転させられる。

図１０において、ＣＣＤアレイ６５から読出されたデータを閾値電圧ｖ７□と比 較するコンパレータを含み得る弁別器１３０（図１１に示される）が用いられる 。

図１０に示されるように、回折および反射の故に、陰９０の前縁部１１０および 後縁部１１２に存在するデータ点Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄが多数存在することになる。し かし、回折および反射は、陰の前縁部および後縁部の両方に均等に生じ、従って 角度配向および側方位置の双方はこの方法即ちアルゴリズムを用いて正確に確立 することができる。データ８０は、レーザ光の縞が図９に示される位置Ａに置か れるならば、図１０の領域Ａ−Ｈのみに集められる。この縞が図９の位置Ｂまで 下がると、別のデータ１７０．１８０が集められて構成要素３０に取付けられた リード５０の位置を確立する。このことは、最も正確に位置決めされねばならな いものがリード５０である故に重要である。リード５０は、１つ以上の検出器６ ５の要素が遮断される時閾値より下の、データにおける低下を生じ、このような データはまた弁別器により２進値１７２．１８２へ変換することもできる。この ため、リード５０の正確な位置は、定置の目的のため確認することができる。同 様に、縞が図９の位置Ｃとして示されるリードにのみ当たるように中空軸２４を 更に引込めることができる。従って、最も微細なピッチの構成要素３０が正確に 配貨され得る。

次に図１１において、角度配向および側方位置に対する補正を信号で送るため用 いられる処理装ｇ１２００のブロック図が示される。中空軸を回転させる回転モ ータ４１が、中空軸２４の位置の角度配向、従ってプロセッサ２０２に対する構 成要素３０の角度配向を提供する角度位置エンコーダおよびモニター４３と機械 的に結合されている。構成要素のＸ、７位量の計算に先立ち、中空軸２４のＸ。

７位量が、中空軸２４のみを正確な心出しのためレーザ・ビーム中に挿入するこ とにより位置決めされる。その後、回路板３４に構成要素８０を正確に定置する 目的のため、構成要素３０の縁部の検出されたＸ、７位量が中空軸２４の中心と 比較される。同様に、角度位置エンコーダ４３が最初にθ°の角度偏差になるよ う較正される。

正確な角度配向および側方位置を数百ミリ秒以内で得ることが本発明の目的であ るため、全ての処理は非常に高い速度で行われる。例えば、望ましい実施例にお いては、ピクセル・クロックおよびアレイのタイミング装置２０４の速度は５Ｍ Ｈｚの読出し速度である。どのセンサ要素が読出されつつあるかを示すピクセル ・クロック即ちカウント２０６は、アナログ／ディジタル・コンバータ２０８と 、陰の前縁部弁別器２１０と、陰の後縁部弁別器２１２とに接続される。先に述 べたように、この弁別器は、データの読みを閾値電圧Ｖ７Ｈと比較する電圧コン パレータ１３０でよく、同じ電圧コンパレータが陰の前縁部および後縁部の双方 を弁別するため使用することができる。

ピクセル・クロックおよびアレイ・タイミング装置２０４もまた、光検出器要素 からデータを読出す目的のため光検出器アレイ６５に接続される。アナログ／デ ィジタル・コンバータ２０８からの全てのデータは、陰の縁部が検出される時一 時的および恒久的な格納のため陰の前縁部データ・バッファ２１４に接続されて いる。陰の前縁部弁別器２１０が閾値電圧ｖＴｌｌより低下するデータを検出す る時、前縁部が表示され、前縁部１１０と関連するデータ８０を格納するためラ ッチ信号２２０として陰の前線部データ・バッファ２１４に接続される。更に、 前縁部検出信号２２４もまた陰の前線部弁別器およびデータ・バッファ２２８に 接続されて、これを検出して、後縁部１１２について検出された時同様にデータ ８０を格納することを可能にする。バッファされたデータは処理装置２０２に接 続されて、角度配向およびＸ、　Ｙの側方位置に対する計算を行う。

角度配向が整合される場所を示すプロセッサ２０２の出力２３０は、構成要素定 置装置に接続されて、構成要素３０が回路板３４上に定置される時正確な角度配 向を確保する。同様に、構成要素３０の縁部のＸ、７位量は、中空軸２４の正確 な中心と比較され、この第２の信号２３５もまた、回路板３４における構成要素 ３０の正確な定置の目的のため一方または両方の方向に必要なオフセットを確立 するため構成要素定置装置に接続される。

下記の表は、部品を拾い上げて適正な整合を両直交方向における角度整合および 側方位置の双方について検査する時、本発明を用いて３００ミリ秒以下で達成す ることができる近似時間および非常に高い分解能を示す。

（２）−５’へ９回転　３２　データ収集なしく３）−５°から＋４５°までの 加速　７３　０．４３゜−５°乃至＋５°におけるデータ読出しく４）４５°か ら９５°までの減速　７３　０．４３゜８５°乃至９５°間隔における データ読出し く５）構成要素の整合が約８５．５゜ であるものとする。整合は ±０．４３°以内に既知であり、 従って、８５．５を中心とする １°幅の区間が０．０３″を達成 するためより低い回転速度 で探索されねばならない （６）９５°から８６°への高速度回転　４４（７）４３°／秒の最大角速度で ８６°から　２３　０．０３゜８５°へ回転し、０．０３°の分解能が得られる 正は、請求の範囲に含まれるべきものである。

補正書の翻訳文提出書 （特許法第１８４条の８） 平成　５年　８月２３日 １、特許出願の表示 ＰＣＴ／ＵＳ９２１０１１２３ ２、発明の名称 高精度構成要素整合センサ・システム ３、特許出願人 住　所　アメリカ合衆国ミネソタ州５５４１３．　ミネアポリス。

ケネディー〇ストリート　２５０５ ４、代理人 住　所　東京都千代田区大手町二丁目２番１号新大手町ビル　２０６区 電話　３２７０−６６４１〜６６４６ 英文明細書第８頁第２６行から第１３頁第３行迄（翻訳明細書第５頁第６行から 第１Ｏ頁第７行迄）図１および図２は、本発明が用いられるべき一般的な環境を 示している。図１は、１つ以上の真空中空軸２４を用いて予め定めたビン３２か ら構成要素３０を逐次拾い上げ、できるだけ迅速に構成要素を正確に整合されね ばならない回路板３４または他の表面へ搬送し、回路板３４上に前に形成された 配線レイアウトに構成要素３０のリード５０を適正に整合させるように構成要素 ３０を所望の場所に正確に定量する典型的な表面実装用構成要素定置装置を略図 で示している。高精度の定置のためには、約０．０２５ｍｍ（０，００１インチ ）のｘ、　ｙ面における位置決め誤差とともに０．３０°の角度整合即ち配向に おける精度が要求される。このようなシステムにおいて典型的に用いられる構成 要素３０の部品寸法は、ある場合にはより大きな構成要素３０の寸法が要求され るが、大きさが約２５゜４■■（１インチ）の略々２０／１０００から約５０． ８１１１１（２インチ）の範囲で変化する。

角度配向は、電気リードの設定に及ぼす不正配向の影響の故に重要である。最も 大きな構成要素サイズ（例えば、約５０．８■■（２インチ））の場合、０．１ ０°の偏差が、構成要素の外縁部におけるリード位置を約０．０５１龍（０，０ ０２インチ）だけ傾き即ち不良配置を生じる。０．０３’の整合精度が本発明の 目的である理由は、このためである。

図２において、回転モータ４１と、真空中空軸２４を保持し回転させ引込めるた めの固定装置を含む定置ヘッド制御箱４３とを含む構成要素担持機構４０が開示 されている。回転固定装置は、構成要素３０の拾い上げ、整合、位置決めおよび 定置の目的のため真空中空軸を回転させる。また、図２には、レーザ・センサ４ ５、および適正な定置が本発明の目的である構成要素３０も示される。

周知の設計である構成要素制御箱４３においては、構成要素３０が真空作用によ り引付けられる中空軸を引込めるための装置、構成要素を中空軸２４の端部に保 持する真空を生じる装置、角度位置エンコーダ、作用力センサなどがある。制御 箱４３には、中空軸２４が貫通しかつ構成要素３０がその角度配向の決定のため および中空軸２４の中心に対する整合のため引込めることができる開口４８を有 するレーザに基づいた整合センサ４５が取付けられている。

図３は、レーザ・センサ４５の構成要素の概略図である。論議を簡単にするため 、視線の表示はレーザ６０から規準レンズ６１を通り構成要素３０および中空軸 ２４を通って線形アレイ・イメージ・センサ６５に至るように示される。実施に おいては、より長い焦点長さが望ましく、図４および図５は、レーザ６０および 他の構成要素の望ましい実施例の実際の配向を更に正確に表わしている。換言す れば、図４および図５に示されるように、望ましい実施例は、部品から遠ざかる 方向に指向されたレーザ・ダイオード６０と、規準レンズ６１を通るようレーザ 光ビームを指向させる２個の反射ミラー７０．７２と、部品３０を通るスリット ・オリフィス７５とを含み、構成要素３０の縁部を通るレーザ・ビームまたは縞 のこの部分が光フィルタ２６により濾波され、線形ＣＣＤアレイ６５に当たり、 角度配向およびＸ、Ｙ位置について処理されるべきデータを生じる。また、１つ の反射用放物面レンズ（図示せず）をミラー７０．７２の代わりに用いることも 可能である。

図６乃至図８は更に、表面実装要素定置装置に対するレーザに基づいた構成要素 整合センサ４５の構成要素、およびその動作モードを略図的に示している。図６ に示されるように、コヒーレントな短い波長を有することが望ましいレーザ光源 は、規準レンズ６１に対して直接あるいは反射ミラー７０．７２を介して間接的 に指向されて、構成要素３０の全ての部分へ等しい光を提供する。構成要素によ り投影される光パターンは、多要素センサ・アレイ６５により検出される。スリ ット開ロア５を用いて、（Ａ）構成要素３０を完全に横切り、あるいは（Ｂ）構 成要素３０およびそのリード５０を横切り、あるいは特殊な状況では（Ｃ）図９ に示される如くリード５０自体を横切って配置される光（図９におけるＡ、Ｂ。

Ｃ）の均等な縞を確保する。構成要素３０により妨げられない光は、構成要素３ ０を通過して、各々が１０．４マイクロメートルの中心間隔で直線に沿って１０ ゜４μｍＸ１０．４μｍである３４５６個の要素を持つ、Ｔｃｘａｓ　Ｉｎｓｔ ｒｕｍｅ　ｎ　ｔ　ｓ社製の部品番号ＴＣ１０４の如き線形ＣＣＤ検出器アレイ ６５に当たる。構成要素３０と検出器アレイ６５間に介挿されるのは、問題とな る波長から外れる周囲光および他の光を最小限に抑える光フィルタ２６である。

検出器アレイ６５からこのように捕捉されたデータ８０は、次に、以下に更に詳 細に述べる１つ以上のアルゴリズムを用いて処理される。

単色レーザ・ダイオードが用いられる場合に生じ得る塵埃からのスペックル効果 を軽減するため、コヒーレントで比較的短い波長を持つレーザ光源６０が望まし い。３．４５６個の検出器アレイ要素の使用は、大きな部品を測定することを可 能にする。これらの要素は、その中心間が約０．０１■■（はぼ０．４ミル）で 隔てられ、これにより高い精度が可能になる。角度配向および側方位置における 小さな変化に対する感度は、従来技術の装置より著しく増大する。これは、陰の 縁部付近の所与の光検出器の場合、光レベルの微細な変化が非常に小さな角度の 回転に対して非常に大きくなり得る故である。

次に図７において、構成要素３０は、その角度配向が整合状態から外れた状態で 示される。図７に示されるように、比較的多数の検出要素が、陰９０を生じる構 成要素３０の不正角度配向の故にレーザから遮られている。更に、構成要素３０ の縁部を通った光の回折により生じた明るい部分と暗い部分９０との間に生じた アレイ６５に当たる比較的小さな陰９３．９４の小さな領域が存在する。更に、 僅かに明るい部分９６．９７が、構成要素３０の最も外側縁部から外れた光の回 折および反射による陰９０の外側縁部に隣接して検出される。図７に示されるの は、レーザ光源６０からの妨げられない光、従って反射からの光の増加９６．９ ７、屈折により生じる陰領域９３．９４における光の減少量、および検出器アレ イ６５の対応側における同じパターンを持つ暗い陰領域９０を受ける検出器アレ イ６５の部分１０２．１０３を示すＣＣＤアレイ６５から読出されるデータのデ ータ・パターン８０である。図８は、構成要素が角度において整合状態にある時 □の光パターンおよびデータ８０を示している。図７および図８の比較から明ら かなように、角度の整合は、検出器アレイ６５からのデータ８０により決定され る陰パターン９０が最も狭い時を決定することにより確保することができる。こ れは、陰１１０の前縁部と陰１１２の後縁部を追って決定することにより、また 陰の縁部１１０．１１２の前後にあるデータ８０のみを捕捉することにより、最 小限の電子処理装置を用いて達成することができる。

図１０は、データの高精度での処理方法を示している。整合および位置センサ４ ５により分析されるべき部品３０の幅の範囲は、通常は約０．５０８乃至５０゜ ８■■（０，０２乃至２インチ）の範囲であり、これより大きいこともある。３ ゜０００要素以上のダイオードアレイ６５から全てのデータ８０を保持して分析 することは実用的でなくまた必要でもない。構成要素によりダイオードアレイ６ ５上に投影される陰９０の縁部１１０．１１２に関連するデータ８０のみを得て 分析する必要がある。図１０において、主たる問題の２つの区間Ａ−ＢとＣ−Ｄ があり、一方の区間Ａ−Ｂは陰９０の前縁部１１０であり、他方のＣ−Ｄは陰９ ０の後縁部１１２である。換言すれば、区間Ａ−Ｂにおけるデータは構成要素の 片側により生じる陰の縁部を定義し、区間Ｃ−Ｄは反対側により生じる縁部を定 義する。

英文明細書第１５頁第１０行から第１７頁第３０行迄（翻訳明細書第１１頁第２ ５行から第１３頁第２６行迄）基本的には、角度配向はアルゴリズム数により正 確に決定することができる。

適正な角度配向は、「縁部ビクセル」の強さが最大となる角度において確立する ことができる。前記アルゴリズムはまた、弁別器および閾値電圧Ｖオを用いるこ とにより図１０に示される２進形態で構成することもできる。陰９０が狭くなる に伴い、当たる光、従っである光検出器要素から読出される電圧は、閾値電圧よ り高（なり、次いで構成要素が回転して整合点を通過すると、閾値電圧より低く なる。２進弁別器を用いて、電圧が閾値より高くなる角度、および電圧が閾値よ り低（なる角度を記録することができる。適正な整合は、電圧、従って光が最大 の強さに達した２つの角度の中間となるように決定することができる。角度位置 を著しく精密に解く即ち超分解（ｓｕｐｅｒ−ｒｅｓｏｌｖｅ）するこの２進法 を用いて多数の「縁部ビクセル」を分析することができる。

パッケージの陰の前縁部１１０および後縁部１１２は、ディジタル化されたアナ ログ・ビデオ・データを用いて計算することができる。適正な角度配向は、陰の 幅９０が最小となる地点で確立される。角度位置を超分解するため内挿法もまた 用いることができる。

アナログ閾値を陰のビデオ・データに同様に適用することにより、側方（Ｘ。

Ｙ）位置の決定のため同様なデータ分析を行うことができる。パッケージ幅は、 前線及び後縁の「縁部ビクセル」間の距離である。パッケージ中心は、２つの縁 部ビクセルの中間に置かれる。また、回折パターンの有限幅を許容するため補正 ゛因数を加えることもできる。ビデオ信号がディジタル化されると、縁部位置の 計算のための多数のイメージ処理アルゴリズムが存在する。明らかなように、側 方位置を直交方向に配置するために部品が９０°回転させられる。

図１０において、ＣＣＤアレイ６５から読出されたデータを閾値電圧Ｖ？Ｉと比 較するコンパレータを含み得る弁別器（図１１に示される）が用いられる。図１ ０に示されるように、回折および反射の故に、陰９０の前縁部１１０および後縁 部１１２に存在するデータ点Ａ−Ｂ、Ｃ−Ｄが多数存在することになる。しかし 、回折および反射は、陰の前線部および後縁部の両方に均等に生じ、従って角度 配向および側方位置の双方はこの方法即ちアルゴリズムを用いて正確に確立する ことができる。データ８０は、レーザ光の縞が図９に示される位置Ａに置かれる ならば、図１０の領域Ａ−Ｈのみに集められる。この縞が図９の位置Ｂまで下が ると、別のデータが集められて構成要素３０に取付けられたリード５０の位置を 確立する。このことは、最も正確に位置決めされねばならないものがリード５０ である故に重要である。リード５０は、１つ以上の検出器６５の要素が遮断され る時閾値より下の、データにおける低下を生じ、このようなデータはまた弁別器 により２進値１７２．１８２へ変換することもできる。このため、リード５０の 正確な位置は、定量の目的のため確認することができる。同様に、縞が図９の位 置Ｃとして示されるリードにのみ当たるように中空軸２４を更に引込めることが できる。従って、最も微細なピッチの構成要素３０が正確に配置され得る。

次に図１１において、角度配向および側方位置に対する補正を信号で送るため用 いられる処理装量２００のブロック図が示される。中空軸を回転させる回転モー タ４１が、中空軸２４の位置の角度配向、従ってプロセッサ２０２に対する構成 要素３０の角度配向を提供する角度位置エンコーダおよびモニター４３と機械的 に結合されている。構成要素のＸ、７位量の計算に先立ち、中空軸２４のＸ。

７位量が、中空軸２４のみを正確な心出しのためレーザ・ビーム中に挿入するこ とにより位置決めされる。その後、回路板３４に構成要素８０を正確に定量する 目的のため、構成要素３０の縁部の検出されたＸ、７位量が中空軸２４の中心と 比較される。同様に、角度位置エンコーダ４３が最初に０°の角度偏差になるよ う較正される。

正確な角度配向および側方位置を数百ミリ秒以内で得ることが本発明の目的であ るため、全ての処理は非常に高い速度で行われる。例えば、望ましい実施例にお いては、ビクセル・クロックおよびアレイのタイミング装置２０４の速度は５Ｍ Ｈｚの読出し速度である。とのセンサ要素が読出されつつあるかを示すビクセル ・クロック即ちカウント２０６は、アナログ／ディジタル−コンバータ２０８と 、陰の前縁部弁別器２１０と、陰の後縁部弁別器２１２とに接続される。先に述 べたように、この弁別器は、データの読みを閾値電圧ＶＴＲと比較する電圧コン パレータでよく、同じ電圧コンパレータが陰の前縁部および後縁部の双方を弁別 するため使用することができる。

英文明細書第２１頁第１行から第２３頁第２５行迄（翻訳明細書第１７頁第１行 から第１８頁第２、特許請求の範囲 １、レーザに基づいた高精度高速構成要素整合センサ・システムにおいて、単一 のレーザ光源と、 規準レンズと、 多要素センサ・アレイであって、前記構成要素を通過した光と、前記構成要素に より投影された前記センサ・アレイ上の陰とを検出するための多数の検出要素を 有する多要素センサ・アレイと、 前記構成要素により投影された前記センサ・アレイ上の陰の各縁部を表わす複数 のデータ点の位置を決定することにより前記構成要素の角度および座標位置を計 算し、前記構成要素の各縁部の除肉またはその付近に当たる複数のデータ点のみ を捕捉し、前記センサ・アレイから前記構成要素により投影された前記センサ・ アレイ上の陰の縁部を表わすデータのみを分析する処理手段とを備え、前記処理 手段が、 前記陰の前縁部を検出して分析する手段と、前記陰の後縁部を検出して分析する 手段と、前記構成要素により投影された陰の前縁部と後縁部の位置に基いて構成 要素の位置を計算する手段とを含み、 前記処理手段と接続されて前記構成要素の角度配向を表示する第１の信号手段と 、 前記処理手段に接続されて前記構成要素の座標位置を表示する第２の信号手段と を備える センサ・システム。

２、前記レーザ光源がレーザ・ダイオードである請求項１記載のレーザ・センサ ・システム。

３、前記レーザ・ダイオードが広帯域スペクトル・レーザ・ダイオードである請 求項２記載のレーザ・センサ・システム。

４．光フィルタが、周囲光が前記センサ・アレイに当たることを阻止するため前 記センサ・アレイの直前に介挿されている請求項１記載のレーザ・センサ・シス テム。

５、前記構成要素がリードを含み、前記レーザ光の縞が前記構成要素のリード・ を横切って通過させられる請求項１０記載のレーザ・センサ・システム。

６、半導体構成要素を拾い上げる手段と、前記構成要素を製作素材へ直接搬送す る手段と、前記構成要素を回転させる手段と、前記構成要素を前記製作素材上に 正確に定置する手段とを有する表面実装構成要素定温装置において、高精度かつ 高速度レーザ・センサを備え、前記レーザ・センサが、単一のレーザ光源と、 前記構成要素を通過するようレーザ光を指向する規準レンズと、前記構成要素の 角度配向および側方位置に関するデータ点を収集する多要素センサ・アレイと、 前記構成要素により投影された前記センサ・アレイ上の陰の各縁部を表わす複数 のデータ点の位置を決定し、前記構成要素の各縁部の論的またはその付近に当た る複数のデータ点のみを捕捉し、前記センサ・アレイ上に前記構成要素により投 影された陰の前縁部と後縁部のみに関する前記センサ・アレイからのデータを分 析して前記構成要素の角度配向および側方位置を決定する処理手段とを含み、 前記構成要素を前記製作素材に対して搬送する前記手段に前記センサを直接取付 ける取付は手段を備える 表面実装構成要素定温装置。

７、真空中空軸を有する表面実装構成要素定置装置により担持される構成要素を 整合する方法において、 前記構成要素を真空中空軸により拾い上げ、コリメートされたレーザ光の縞を提 供し、前記レーザ光の経路に光要素アレイを設け、前記構成要素が前記光要素ア レイ上に陰を投影するように前記構成要素をコリメートされたレーザ光の線中に 引込め、前記構成要素を回転させ、 前記センサ・アレイ上に投影された陰の前縁部と後縁部とを検出し、前記陰の前 縁部と後縁部の各々と関連する複数のデータ点を捕捉し、捕捉された前縁部と後 縁部のデータを用いて最小の陰位置に基く角度配向を計算し、 前記陰の前縁部と後縁部の側方位置を前記中空軸の中心と比較して、前記中空軸 により担持された構成要素の側方位置を決定する各ステップを備える方法。

１０、前記規準レンズがレーザ光の縞を生成する手段である請求項１記載のレー ザ・センサ。

１１、レーザ光の縞を生成するスリット開口を更に備える請求項１記載のレーザ ・センサ。

１２、前記レーザ光源からの光の焦点長さを延長するため、前記光源と前記セン サ・アレイとの間に介挿された少な（とも１つの反射手段を更に備える請求項１ 記載のレーザ・センサ。

１３、前記処理手段が更にデータを閾値電圧と比較するディジタル表示に前記デ ＝りを変換する手段を含む請求項１記載のレーザ・センサ。

１４、前記構成要素が更にリードを含み、前記レーザ光の縞が前記構成要素のリ ードを横切って通過させられる請求項１１記載のレーザ・センサ・システム。

１５、前記レーザ・センサが更に、前記センサ・アレイ上に半導体の前記構成要 素により投影された陰が前記センサ・アレイの要素の全てを実質的に覆うが前記 センサ・アレイの測幅を越えないように前記構成要素により投影された陰のイメ ージを拡大するため、前記構成要素と前記多要素センサ・アレイとの間に介挿さ れたレンズ手段を備える請求項６記載のレーザ・センサ。

１６、前記レーザ・センサが更に、前記センサ・アレイ上に半導体の前記構成要 素により投影された陰が前記センサ・アレイの要素の全てを実質的に覆うが前記 センサ・アレイの測幅を越えないように前記構成要素により投影された陰のイメ ージを縮小するため、前記構成要素と前記多要素センサ・アレイとの間に介挿さ れたレンズ手段を備える請求項６記載のレーザ・センサ。

１７、搬送手段上に担持された種々の縁部を有する半導体構成要素を精密に定温 する際使用されるレーザ光源とセンサ・アレイとを含むレーザ・センサであって 、前記搬送手段がこれに接続されて前記レーザ光源と前記センサ・アレイ間に前 記半導体構成要素を介挿させて、該半導体構成要素が回転される時前記センサ・ アレイ上の前記半導体構成要素と関連する少な（とも１つの縁部により投影され た陰の位置に変化を生じるように、前記半導体構成要素を増分的に回転させる制 御手段を有する、レーザ・センサにおいて、モノリシック多要素センサ・アレイ と、前記センサ・アレイに指向されたコヒーレントの短い波長を持つ単一のレー ザ光源と、 前記レーザ光源と前記半導体構成要素との間に介挿されて、単一の連続する妨げ られないコリメートされたレーザ光の縞を提供するコリメートする手段と、前記 多要素センサ・アレイの各要素に当たる光により生じる前記センサ・アレイの各 要素からの電圧を読出す手段と、前記センサ・アレイ上の前記半導体構成要素に より投影された陰の少なくとも１つの縁部を表わす複数のデータ点の位置を決定 し、前記構成要素の１つの縁部の論的またはその付近に当たる複数のデータ点の みを捕捉して、前記センサ・アレイからの前記レーザ・センサ上の構成要素によ り投影された陰の縁部を表わすデータのみを分析することにより、前記制御手段 の制御下で回転される時前記構成要素と関連する少なくとも１つの縁部の位置を 決定する手段とを備え、前記決定手段が、 光が当たるアレイにおけるいずれの要素からの電圧出力より小さく、かつ前記構 成要素により投影された前記センサ・アレイ上の論的に当たるいずれの要素から の電圧出力より大きい基準閾値電圧を生成する手段と、前記多要素センサ・アレ イの各要素からの電圧を前記基準閾値電圧と各増分回転後に比較する手段と、 いずれの要素における電圧の読みが前記閾値電圧と等しい時、前記陰の縁部を識 別する手段と、 前記構成要素が回転される時各要素の電圧の連続的な読みから前記識別手段によ り決定される前記センサ・アレイにおける前記陰の縁部の位置を比較することに より前記陰がより狭いかどうかを各増分回転後に決定する手段と、前記陰が最も 狭い陰であると決定される時前記陰の縁部のみに関するデータを捕捉する手段と 、 前記の捕捉されたデータを処理して前記半導体構成要素の縁部の位置を精密に決 定し、該半導体の角度配向と側方位置とを計算する手段とを備えるレーザ・セン サ。

ＩＥＬ前記レーザ・センサが４側面の半導体構成要素の少なくとも１つの側面の 縁部を標定する請求項１７記載のレーザ・センサ。

１９、前記センサが、前記半導体構成要素の２つの対向する側面を標定する請求 項１７記載のレーザ・センサ。

２０、前記センサが、前記半導体構成要素の少なくとも１つのリードの少なくと も１つの縁部を決定する請求項１７記載のレーザ・センサ。

２１、前記レーザ・センサが、前記半導体構成要素の各リードの各縁部を検出す る請求項１７記載の検出器。

２２、前記レーザ・センサが、前記半導体構成要素の各リードの各前縁部と各後 縁部とを検出する請求項２１記載の半導体構成要素。

２３、搬送手段に担持される半導体構成要素を配向させる方法において、前記構 成要素に指向されたレーザ光のコリメートされた縞を提供し、複数のセル位置を 有する多要素半導体アレイを提供し、前記アレイは、前記構成要素の陰が前記多 要素アレイに対して投影されるようにレーザ光源と反対の前記構成要素の側に位 置され、 前記構成要素を増分的に回転させ、 電圧の各走査毎に、前記センサ・アレイの各要素から多数の走査における電圧を 反復的に読出し、 前記アレイの各セルにおける電圧を読出し、前記電圧を閾値電圧と比較し、 前記構成要素の各縁部位置を決定する目的のため前記陰の各縁部を表わすデータ 点として複数の電圧の読みを一時的に格納し、前記陰の前縁部と後縁部の位置と して、遷移が閾値電圧より高（また低（生じるセル位置を記録し、 前記陰の各縁部を各走査毎に検出したセル位置を比較して最も狭い陰の幅を決定 し、 前記陰が最も狭い時縁部位置に関するデータのみを捕捉し、前記の捕捉されたデ ータを処理して前記半導体構成要素の側方位置および角度配向を決定する 各ステップを備える方法。

２４、セル位置を比較して最も狭い陰を決定する前記ステップが、電圧が前記閾 値電圧より低くなる複数のセル位置の最後のセルを識別するステップを含み、陰 が最も狭い時縁部位置に関するデータを捕捉する前記ステップが、陰の前縁部に ついては、電圧が前記閾値電圧より低くなる前縁部における最後のセルを決定す るステップと、前記最後のセルにおける電圧が閾値電圧を越える時を決定するス テップとを含み、 前記の捕捉されたデータを処理する前記ステップが、２つのデータ点の中間の点 として前記陰の縁部を計算するステップを含む請求項２３記載の方法。

２５、セル位置を比較して最も狭い陰を決定する前記ステップが、電圧が前記閾 値電圧を越える複数のセル位置の最後のセルを識別するステップを含み、陰が最 も狭い時縁部位置に関するデータを捕捉する前記ステップが、陰の後縁部につい ては、電圧が前記閾値電圧を越える後縁部における最後のセルを決定するステッ プと、前記最後のセルにおける電圧が閾値電圧より低くなる時を決定するステッ プとを含み、 捕捉されたデータを処理する前記ステップが、２つのデータ点の中間の点としそ 前記陰の縁部を計算するステップを含む請求項２３記載の方法。

２６、最も狭い陰幅が検出されるとき、この最も狭い陰の縁部の検出の直前およ び直後である限定数の複数のデータ点が捕捉され、前記処理手段が前記限定数の 複数のデータの読みを分析して陰の正確な縁部位置を決定する請求項２３記載の 方法。

２７、レーザ光源と、各要素が１つのビクセルを含む多要素の光検出器アレイと の間に介挿された構成要素の適正な側方位置および角度配向を決定する方法にお いて、 前記構成要素に指向されるレーザ光のコリメートされた縞を提供し、光が当たる アレイにおけるいずれのビクセルからの電圧出力より小さく、かつ前記除肉に十 分に当たるいずれのビクセルからの電圧出力より大きい基準電圧閾値を確立し、 中空軸と前記構成要素とを垂直軸の周囲に増分的に回転し、各増分回転後に前記 アレイの各ビクセルにおける電圧を読出し、前記電圧を前記基準電圧閾値と比較 し、電圧が最初に前記基準電圧閾値より降下するビクセル・カウントで第１の縁 部ビクセルのデータ電圧の読みと、電圧が再び前記基準電圧閾値より上昇する比 較的高いビクセル・カウントで第２の縁部ビクセルのデータ電圧の読みとを格納 し、　・ 各増分回転後に、前記第１の縁部ビクセルが前に格納された縁部ビクセルより高 いビクセル・カウントにあるかどうかを決定することにより、前記陰が依然とし て狭くなりつつあることを示し、 前記第１の縁部ビクセルが、陰がより狭いことを示す直前に格納された第１の縁 部ビクセルより低いビクセル・カウントにあるならば、データを捕捉し、前記陰 が最も狭い時前記の捕捉されたデータを処理して前記構成要素の側方位置および 角度配向を決定する 各ステップを備える方法。

国際調査報告 フロントベージの続き （７２）発明者　ボッシ、カーテイス・ジエイアメリカ合衆国ミネソタ州５５３ ４５．ミネトンカ、プリマス・ロード・サウス　４１５

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．レーザに基づいた高精度高速構成要素整合センサ・システムにおいて、単一 のレーザ光源と、 視準レンズと、 多要素センサ・アレイであって、前記構成要素を通過した光と、前記構成要素に より前記センサ・アレイ上に投影された陰とを検出するための多数の検出要素を 有する多要素センサ・アレイと、 前記センサ・アレイからのデータを分析する処理手段とを含み、該処理手段が、 前記陰の前縁部を検出して分析する手段と、前記陰の後縁部を検出して分析する 手段と、前記処理手段と接続されて前記構成要素の角度配向を表示する第１の信 号手段と、 前記処理手段と接続されて前記構成要素の座標位置を表示する第２の信号手段と を含む センサ・システム。
2. ２．前記レーザ光源がレーザ・ダイオードである請求項１記載のセンサ・システ ム。
3. ３．前記レーザ・ダイオードが広帯域スペクトル・レーザ・ダイオードである請 求項２記載のレーザ・センサ。
4. ４．光フィルタが、周囲光が前記センサ・アレイに当たることを阻止するため前 記センサ・アレイの直前に介挿されている請求項１記載のレーザ・センサ。
5. ５．前記構成要素が更にリードを含み、前記レーザ光の縞が該構成要素のリード を通過される請求の範囲第１項記載のレーザ・センサ・システム。
6. ６．構成要素を拾い上げる手段と、該構成要素を製品素材へ直接搬送する手段と 、前記構成要素を回転させる手段と、前記構成要素を前記製品素材上に正確に定 置する手段とを含む表面実装構成要素定置装置において、高精度かつ高速度レー ザ・センサを設け、該レーザ・センサは単一のレーザ光源と、 前記構成要素を通過するようレーザ光を指向する視準レンズと、前記構成要素の 角度配向および側方位置に関するデータを収集する多要素センサ・アレイと、 前記センサ・アレイからのデータを分析して、前記構成要素の角度配向および側 方位置を決定する処理手段とを含み、更に、前記構成要素を前記製品素材に対し て搬送する前記手段に前記センサを直接取付ける取付け手段を設けてなる 表面実装構成要素定置装置。
7. ７．真空中空軸を備えた表面実装構成要素定置装置により担持される構成要素を 整合する方法において、 前記構成要素を前記真空中空軸により拾い上げ、コリメートされたレーザ光を提 供し、 前記レーザ光の経路に光要素アレイを設け、前記構成要素が前記光要素アレイ上 に陰を投影するようにコリメートされたレーザ光の縞中に構成要素を引込め、 前記構成要素を回転させ、 前記センサ・アレイ上に投影された陰の前縁部と後縁部とを検出し、角度配向に ついて陰の最小位置を計算し、前記陰の前縁部と後縁部の側方位置を前記中空軸 の中心と比較して、該中空軸により担持された前記構成要素の側方位置を決定す る各ステップを含む方法。
8. ８．本文に実質的に記載された高速度かつ高分解能のレーザに基づいた整合セン サ。
9. ９．本文に実質的に記載された拾い上げ定置システムにより担持された構成要素 部品の角度配向または側方位置を補正する非接触的方法。