JPH0685495A - 電子部品搭載装置と、それにおける部品位置決め方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ロボット１３により、部品Ｐを基板Ｃ上に正
しく位置決めし、搭載する。 【構成】 カメラ装置１２によって部品Ｐのピン列を撮
影し、カメラ装置１１によって基板Ｃのランド列を撮影
する。部品Ｐのピンの端点が作る点列を示す直線の交
点、基板Ｃのランドの端点が作る点列を示す直線の交点
を求め、これらの交点を位置決めの基準として使用す
る。ピン、ランドの重心を求めなくてもよいから、それ
らの全体形状を特定できない場合であっても、部品Ｐの
高精度の位置決めが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、フラットパッケージ
の集積回路部品を主体とする電子部品をプリント基板の
所定位置に正確に自動搭載するための電子部品搭載装置
と、それにおける部品位置決め方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】フラットパッケージの集積回路部品を主
体とする電子部品（以下、単に部品という）は、ロボッ
トを利用する自動搭載装置により、プリント基板（以
下、単に基板という）の所定位置に正確に位置決めして
自動搭載するのが一般的である。

【０００３】このような装置における部品位置決め方法
としては、カメラ装置により、部品のピン列と基板のラ
ンド列とを撮影し、その画像に基づいてロボットを駆動
し、部品と基板との相対位置を正確に位置決めする技術
が知られている（たとえば、特開昭６２−２８７１０８
号公報）。このものは、部品のピン列と基板のランド列
とを撮影した画像に対し、部品の各ピン、基板の各ラン
ドの重心を求め、重心が作る点列を示す直線を位置決め
の基準として使用するものである。すなわち、ロボット
は、これらの直線の中線の交点によって部品の位置を定
めることができる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】かかる従来技術による
ときは、部品は、部品の各ピン、基板の各ランドの重心
が正確に求められて始めて正確な位置決めができるが、
これらの重心位置を正確に求めることは、必ずしも容易
ではなく、したがって、部品の位置決め精度が不十分で
あるという問題が避けられなかった。すなわち、部品の
ピンは、一般に、部品の側端面から外側に突出している
が、その中途において、部品の下側に向けて階段状に屈
曲された上、先端部分が基板のランドに対応する舌片と
なっているから、単に、部品を上側から撮影するとき
は、基板のランドとの相対位置関係を直接規制する舌片
と、舌片以外の部分とを明瞭に区分して認識することが
難しく、舌片の重心位置を正確に求めることが不可能で
あったからである。

【０００５】また、基板のランドについても、基板上の
印刷表示等が同時に撮影されてしまうために、その重心
を正確に求めることは、不可能に近い。ランドの重心位
置は、ランドのみの全体形状を正確に認識できなけれ
ば、正しく算出することができないからである。

【０００６】そこで、この発明の目的は、部品のピンや
基板のランドの重心に代えて、それらの端点（ピンやラ
ンドの先端縁の中点をいう、以下同じ）の位置を使用
し、また、部品や基板の撮影方法を工夫することによっ
て、部品の位置決め精度を格段に向上させることができ
る電子部品搭載装置と、それにおける部品位置決め方法
を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めのこの出願に係る第１発明の構成は、部品のピン列を
撮影するカメラ装置と、カメラ装置からの画像に基づい
て部品の位置決めをするロボットとを備え、カメラ装置
は、下側から照明された部品を下側から撮影することを
その要旨とする。

【０００８】また、第２発明の構成は、基板のランド列
を撮影するカメラ装置と、カメラ装置からの画像に基づ
いて部品の位置決めをするロボットとを備え、カメラ装
置は、裏面側から照明された基板を表面側から撮影する
ことをその要旨とする。

【０００９】第３発明の構成は、カメラ装置により部品
のピン列と基板のランド列とを撮影し、カメラ装置から
の画像に基づいて部品の位置決めをするに際し、部品の
ピン、基板のランドの端点を見出し、端点が作る点列を
示す直線の交点を位置決めの基準とすることをその要旨
とする。

【００１０】なお、端点は、カメラ装置の視野内にウィ
ンドを設定し、ウィンド内の複数のピンまたは複数のラ
ンドについて見出すようにしてもよい。

【００１１】

【作用】かかる第１発明の構成によるときは、カメラ装
置は、下側から照明された部品を下側から撮影するか
ら、このときのピン列の画像は、反射光により、背景部
分に対して格段に明るくなり、外乱光などの影響を少な
くすることができる。

【００１２】同様に、第２発明によれば、ランド列の画
像は、透過光により、背景部分に対して格段に暗くなる
から、十分明瞭な画像を得ることができる。

【００１３】第３発明の構成によるときは、部品のピ
ン、基板のランドの端点の位置は、ピンやランドの全体
形状を正しく認識することができなくても、それらの先
端縁を正しく検出することができる限り、正確に特定す
ることができ、したがって、部品は、所定の位置決め精
度による位置決めが容易に可能である。

【００１４】端点を見出すに際し、ウィンドを設定する
ときは、カメラ装置の視野の一部についてのみ演算を実
行すればよいから、全体演算速度を向上させることがで
きる。

【００１５】

【実施例】以下、図面を以って実施例を説明する。

【００１６】電子部品搭載装置は、カメラ装置１１、１
２と、ロボット１３とを主要部材としてなる（図１）。

【００１７】ロボット１３は、架台フレーム１４の上面
に搭載されている。ロボット１３は、いわゆる直交形３
軸ロボットであり、そのヘッド１３ａは、架台フレーム
１４の上面に沿って、ｘ方向、ｙ方向に水平移動するこ
とができ、さらに、ヘッド１３ａには、ｚ方向に移動
し、軸方向に回転可能なホルダ１３ｂが装着されてい
る。

【００１８】架台フレーム１４には、部品供給装置１５
が組み込まれており、部品供給装置１５は、部品供給部
１５ａを介し、基板Ｃに搭載する部品Ｐを供給すること
ができる。なお、ロボット１３は、ホルダ１３ｂを介し
て部品Ｐを吸着して保持し、保持した部品Ｐを任意の位
置に搬送することができる。また、架台フレーム１４に
は、コンベヤ１６が装備されており、コンベヤ１６は、
基板Ｃを所定位置に搬入して位置決めすることができ
る。所定位置に位置決めされた基板Ｃの下部には、照明
装置１６ａ、１６ａが配設されている。

【００１９】カメラ装置１１は、ロボット１３のヘッド
１３ａに下向きに取り付けられている。カメラ装置１１
は、所定位置に位置決めされた基板Ｃを表面側から撮影
することができ（図２）、このときの基板Ｃは、照明装
置１６ａ、１６ａにより、裏面側から照明されるものと
する。

【００２０】カメラ装置１２は、架台フレーム１４の上
面に、上向きに固定されている（図１）。カメラ装置１
２の周囲には、リング状の照明装置１２ａが付設されて
おり（図３）、カメラ装置１２は、ロボット１３のホル
ダ１３ｂによって保持された部品Ｐを下側から撮影する
ことができる。なお、このとき、部品Ｐは、照明装置１
２ａにより下側から照明されるものとする。また、部品
Ｐは、フラットパッケージの集積回路部品であり、基板
Ｃには、部品ＰのピンＰa 、Ｐa …に対応するランドＣ
a 、Ｃa …が形成されているものとする（図２）。

【００２１】なお、架台フレーム１４には、カメラ装置
１１、１２からの画像データを処理する画像処理部１７
と、画像処理部１７からの出力によってロボット１３を
駆動制御するロボット制御部１８とが組み込まれてい
る。また、カメラ装置１１、１２が撮影する画像は、モ
ニタ装置１９により、モニタすることができる。

【００２２】かかる電子部品搭載装置の概略動作は、次
ぎのとおりである（図４）。

【００２３】まず、コンベヤ１６により、基板Ｃを所定
位置に搬入すると（図４のステップ（１）、以下、単に
（１）のように記す）、ロボット１３を駆動して、部品
供給部１５ａに供給される部品Ｐを保持させる（２）。
次いで、ロボット１３を介し、保持した部品Ｐをカメラ
装置１２の上方に移動し、カメラ装置１２により部品Ｐ
を撮影した後（３）、さらに、ロボット１３を駆動し
て、部品Ｐを基板Ｃ上に移動する。このとき、カメラ装
置１１も、部品Ｐとともに基板Ｃ上に移動するから、つ
づいて、カメラ装置１１により、基板Ｃを撮影する
（４）。

【００２４】次いで、カメラ装置１１、１２が撮影した
画像データを画像処理部１７に送ると、画像処理部１７
は、画像データを処理して（５）、基板Ｃと、基板Ｃの
上方にある部品Ｐとの相対位置関係を見出し、ロボット
制御部１８に送出するから、以後、ロボット１３は、部
品Ｐを正しく基板Ｃ上に位置決めし（６）、ホルダ１３
ｂを下降させて部品Ｐを基板Ｃに搭載することができる
（７）。

【００２５】いま、カメラ装置１１、１２は、それぞれ
視野Ｓを有するものとし（図５、図６）、しかも、視野
Ｓ内に任意のウィンドＷ、Ｗを設定し得るものとする。

【００２６】たとえば、カメラ装置１１は、基板Ｃを撮
影するとき、四辺形に配列されているランドＣa 、Ｃa
…の列（以下、単にランド列という）の相対向する各１
隅部が視野Ｓ内に入るように、カメラ装置１１を移動し
て２回撮影するものとし（図２、図５）、それぞれの撮
影の際に設定するウィンドＷi 、Ｗi+1 （ｉ＝１、２）
は、それぞれ、ｘ方向、ｙ方向のランド列に含まれる複
数のランドＣa 、Ｃa…の先端部を含むように定めるも
のとする。一方、カメラ装置１２は、部品Ｐを撮影する
とき、四辺形に配列されている部品ＰのピンＰa 、Ｐa
…の列（以下、単にピン列という）の相対向する各１隅
部が視野Ｓ内に入るように、部品Ｐを移動して２回撮影
するものとし（図３、図６）、それぞれの撮影の際に設
定するウィンドＷi 、Ｗi+1 は、同様に、ｘ方向、ｙ方
向のピン列に含まれる複数のピンＰa 、Ｐa …の先端部
を含むように定める。ただし、カメラ装置１１、１２が
撮影するランド列、ピン列は、相対応するランド列、ピ
ン列であるものとする。

【００２７】なお、図５、図６においては、カメラ装置
１１が撮影する基板Ｃは表面側であり、カメラ装置１２
が撮影する部品Ｐは下側であるため、両者におけるｙ方
向を反転させて図示してある。

【００２８】カメラ装置１２による部品Ｐの撮影画像
は、たとえば、図７のようになる。ただし、ここでは、
ｎ本のピンＰai（ｉ＝１、２…ｎ）の先端部が、ウィン
ドＷj（ｊ＝１、２…４）に囲まれて撮影されている。

【００２９】このような画像データは、画像処理部１７
において、ピンＰaiの部分と、それ以外の背景部分とを
分離した後、ウィンドＷj の内部において、間隔δごと
にウィンドＷj の幅方向に走査処理を施すことにより、
各ピンＰaiの端点Ｔpi（ｉ＝１、２…ｎ）を特定するこ
とができる。すなわち、画像処理部１７は、ウィンドＷ
j の内部において、ピンＰaiの先端縁と交錯する複数の
走査線のうち、中央の走査線がピンＰaiの先端縁と交錯
する点を端点Ｔpiとして求め、その座標（ｘi、ｙi ）
（ｉ＝１、２…ｎ）を特定すればよい（図８）。

【００３０】つづいて、画像処理部１７は、ウィンドＷ
j 内の端点Ｔpiを点列とみなし、この点列を示す直線Ｌ
j （ｊ＝１、２…４）を求める（図９）。直線Ｌj は、
端点Ｔpiの座標（ｘi 、ｙi ）から、たとえば、最小２
乗法によって求めればよい。

【００３１】画像処理部１７は、部品Ｐに対するすべて
のウィンドＷj について、以上の処理を施すことによ
り、ウィンドＷj ごとに直線Ｌj を求めることができる
から、つづいて、直線Ｌ1 、Ｌ2 の交点Ａ1 、直線Ｌ3
、Ｌ4 の交点Ａ3 を求めることができる（図９、図
６）。なお、ここで、交点Ａ1 、Ａ3 は、部品Ｐの一方
の対角線方向にある。

【００３２】画像処理部１７は、基板Ｃについても全く
同様のデータ処理を施し、最終的に、ランドＣa 、Ｃa
…が作る四辺形の一方の対角線方向にある交点Ｂ1 、Ｂ
3 を求めることができる（図５）。

【００３３】その後、画像処理部１７は、線分Ａ1 Ａ3
が線分Ｂ1 Ｂ3 に重なるように、しかも、線分Ａ1 Ａ3
の中点Ａ13が線分Ｂ1 Ｂ3 の中点Ｂ13に一致するよう
に、ロボット１３に対する補正回転量Δθ、補正移動量
Δｘ、Δｙを求める（図１０）。ここで、補正回転量Δ
θは、部品Ｐを保持しているロボット１３のホルダ１３
ｂの位置Ｘo （ｘo 、ｙo ）を中心として線分Ａ1 Ａ3
を回転させ、線分Ｂ1 Ｂ3 に平行な線分ａ1 ａ3 を作る
ための所要回転量であり、補正移動量Δｘ、Δｙは、線
分ａ1 ａ3 の中点ａ13を線分Ｂ1 Ｂ3 の中点Ｂ13に移動
するためのホルダ１３ｂのｘ方向、ｙ方向の所要移動量
である。

【００３４】画像処理部１７は、このようにして算出し
た補正回転量Δθ、補正移動量Δｘ、Δｙをロボット制
御部１８に送出するから、ロボット制御部１８は、これ
らの補正量に従ってロボット１３を補正移動し、部品Ｐ
を正確に基板Ｃ上に位置決めした上、部品Ｐを基板Ｃに
搭載すればよい。

【００３５】以上の説明において、画像処理部１７は、
ウィンドＷj において、ピンＰaiの端点Ｔpi（ｘi 、ｙ
i ）を求め、これを基にして、最終的に、補正回転量Δ
θ、補正移動量Δｘ、Δｙを求める一連の演算を実行す
るが、これらの演算過程は、単純な算術演算であり、何
ら特殊なものではない。したがって、画像処理部１７の
演算速度は、一般に、十分高速である。

【００３６】一方、画像処理部１７は、端点Ｔpi（ｘi
、ｙi ）を求めるに先き立ち、カメラ装置１１、１２
からの画像データに対し、適当な前処理を加えることが
できる。たとえば、ウィンドＷj 内の各画素の明度Ｄの
分布が、ピンＰaiの部分と、それ以外の背景部分とに対
応して、それぞれ独立のピークを有するヒストグラムを
示すとき（図１１）、画像処理部１７は、任意のしきい
値Ｄ＝Ｄt によって各画素を２グループに区分し、グル
ープ間の分散と各グループ内の分散との比が最大となる
ように、真のしきい値Ｄtoを定め、このしきい値Ｄtoに
より、各画素が、ピンＰaiに対応するか、それ以外の背
景部分に対応するかを正確に区分することができる。な
お、かかる手法は、いわゆる判別分析法による２値化手
法であって、たとえば南敏、中村納著「画像工学」（コ
ロナ社）に詳しい。

【００３７】また、判別分析法は、２個のしきい値を用
いることにより、各画素を３グループに区分するように
拡張することができ、このときは、たとえば、基板Ｃを
撮影した画像データをランドＣa 、Ｃa …に対応するも
の、背景部分に対応するもの、その他の印刷表示部分や
配線パターン部分などに対応するものの３値に区分する
ことができ、ランドＣa 、Ｃa …以外の不要部分を一層
有効に除去することができる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように、この出願に係る第
１発明によれば、下側から照明された部品を下側から撮
影することによって、部品のピンは、基板のランドに対
応し、基板との相対位置関係を直接規制する舌片の先端
部が背景部分より明るく撮影されるから、背景部分から
明瞭に区分することができ、部品を高精度に位置決めす
ることができるという優れた効果がある。

【００３９】また、第２発明によれば、裏面側から照明
された基板を表面側から撮影することによって、基板の
表面に存在する印刷表示等は、他の背景部分と同様に、
光を一部透過することができるから、ランドのみが暗く
撮影され、背景部分から明瞭に区分することが可能であ
る。

【００４０】第３発明によれば、部品のピン、基板のラ
ンドの端点を求め、端点が作る点列を示す直線の交点を
位置決めの基準とすることによって、ピンやランドの重
心を基準とするものでないから、ピンやランドの全体形
状が特定できないような場合であっても、それらの先端
縁を検出するのみで、十分高精度の位置決めをすること
ができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 全体概略斜視図

【図２】 要部斜視説明図（１）

【図３】 要部斜視説明図（２）

【図４】 動作説明フローチャート

【図５】 動作説明図（１）

【図６】 動作説明図（２）

【図７】 動作説明図（３）

【図８】 動作説明図（４）

【図９】 動作説明図（５）

【図１０】 動作説明図（６）

【図１１】 動作説明図（７）

【符号の説明】 Ｐ…部品 Ｐa 、Ｐai（ｉ＝１、２…ｎ）…ピン Ｃ…基板 Ｃa …ランド Ｓ…視野 Ｗj （ｊ＝１、２…４）…ウィンド Ｔai（ｉ＝１、２…ｎ）…端点 Ｌj （ｊ＝１、２…４）…直線 Ａ1 、Ａ3 、Ｂ1 、Ｂ3 …交点 １１、１２…カメラ装置 １３…ロボット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 細谷 寿蔵 石川県羽咋郡志賀町字若葉台13番地３ 株 式会社アポロ北陸内 (72)発明者 本田 誠 石川県羽咋郡志賀町字若葉台13番地３ 株 式会社アポロ北陸内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 部品のピン列を撮影するカメラ装置と、
   該カメラ装置からの画像に基づいて部品の位置決めをす
   るロボットとを備えてなり、前記カメラ装置は、下側か
   ら照明された部品を下側から撮影することを特徴とする
   電子部品搭載装置。
2. 【請求項２】 基板のランド列を撮影するカメラ装置
   と、該カメラ装置からの画像に基づいて部品の位置決め
   をするロボットとを備えてなり、前記カメラ装置は、裏
   面側から照明された基板を表面側から撮影することを特
   徴とする電子部品搭載装置。
3. 【請求項３】 カメラ装置により部品のピン列と基板の
   ランド列とを撮影し、前記カメラ装置からの画像に基づ
   いて部品の位置決めをするに際し、部品のピン、基板の
   ランドの端点を見出し、該端点が作る点列を示す直線の
   交点を位置決めの基準とすることを特徴とする電子部品
   搭載装置における部品位置決め方法。
4. 【請求項４】 前記端点は、前記カメラ装置の視野内に
   ウィンドを設定し、該ウィンド内の複数のピンまたは複
   数のランドについて見出すことを特徴とする請求項３記
   載の電子部品搭載装置における部品位置決め方法。