JPH11251799A

JPH11251799A - 部品認識方法および部品検査、実装方法

Info

Publication number: JPH11251799A
Application number: JP10048414A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Morimoto; 正通森本; Eiichi Hachitani; 栄一蜂谷; Akira Noudo; 章納土; Atsushi Tanabe; 敦田邉
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-02-27
Filing date: 1998-02-27
Publication date: 1999-09-17
Anticipated expiration: 2018-02-27
Also published as: JP3949257B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子部品の底部に配置された複数の突起電極
の全体を計測でき、個々の突起電極の体積または形状を
正確に検出できる部品認識方法を提供する。【解決手段】底部に複数の突起電極２ａを有する電子
部品２の底部全体の高さ画像を、高さ検出センサー３
で、２次元高さ画像データとして取り込み、高さ画像デ
ータから個々の突起電極２ａを抽出し、個々の突起電極
２ａの体積あるいは形状を検出し、突起電極２ａの体積
あるいは形状が、予め定めた基準を満たさなかった場合
には、電子部品２を異常とみなすようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、プリント基板に実
装される電子部品の底部に配置された複数の突起電極を
認識する部品認識方法及びその認識結果に基づいて電子
部品の良否を検査する部品検査方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、図１４に示すようなプリント基板
に実装される電子部品２の底部に格子状に配置された複
数の半球形状の突起電極２ａの欠落等を検査するには、
例えば、ＣＣＤカメラによる検査方法が用いられてい
た。

【０００３】この従来の検査方法では、図１５に示すよ
うに、ＣＣＤカメラ１００で電子部品２の半球状の突起
電極２ａに、水平方向から照明を当てる必要があった。
その理由は、半球形状の突起電極２ａが欠落していて
も、欠落した半球形状の突起電極２ａの下に電極、ある
いは半球形状の突起電極の一部である半田が存在してい
る可能性が高いので、ＣＣＤカメラ１００の正面側から
光を半球形状の突起電極２ａに垂直に照射したのでは、
半球形状の突起電極２ａが欠落している場合でも上記の
電極あるいは半田が光を反射するので、半球形状の突起
電極２ａが欠落しているかどうかの検査を行うことは困
難であった。

【０００４】図１６（ａ）に示すように、水平方向か
ら、突起している電極２ａに光を照射することで、図１
６（ｂ）に示すように、実際に存在している半球形状の
突起電極２ａを認識することができるのである。尚、図
１７（ａ）（ｂ）は、半球形状の突起電極２ａに光を照
射したときの例を示し、図１８（ａ）（ｂ）は、底部に
略平坦形状部を有する略半球形状の突起電極２ａに光を
照射したときの例を示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この照
明方法では、原理的に半球形状の突起電極２ａの最下部
から光の反射が得られず、プリント基板と半田接合をす
る上で最も重要な部分である、半球形状の突起電極２ａ
の最下部の認識が困難である。また、半球形状の突起電
極２ａの表面の酸化による変色の状態によっては、ある
いは、半球形状の突起電極２ａの表面の打痕の状況によ
っては、半球形状の突起電極２ａからの光の反射量が変
化するので、半球形状の突起電極２ａの形状を定性的に
しか識別できなかった。すなわち、個々の半球形状の突
起電極２ａの光り具合を、半球形状の突起電極２ａに属
する輝度の総和などの評価値で表し、半球形状の突起電
極２ａの評価値の分布を調べて半球形状の突起電極２ａ
の欠落を判定するといった相対的な評価しかできなかっ
た。このため、従来の方法は、電子部品２の底部に半球
形状の突起電極２ａが有り、無しの検査にのみ用いられ
ていた。

【０００６】また、半球形状の突起電極２ａの高さが低
くなってくると、水平方向から光を当てても光を反射す
る部分は小さくなってしまい、半球形状の突起電極２ａ
の検出に充分な光量が得られないため、半球形状の突起
電極２ａの有り、無しの検査の信頼性が低下するという
問題があった。

【０００７】近年、ＩＣの高集積度化により図１４に示
すＢＧＡ（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）の様な部
品パッケージが一般化している。ＢＧＡ部品の場合いっ
たんプリント基板に装着するとプリント基板との接合面
が見えなくなるので、装着直前での半球形状の突起電極
２ａの検査が大変重要になる。ＩＣパッケージが小型化
し、半球形状の突起電極２ａの検査機能の重要性が高ま
っている現在、『個々の半球形状の突起電極２ａの半田
量を定量的に検出する』、あるいは、『個々の半球形状
の突起電極２ａの形状を定量的に評価する』ことの重要
性は高まっている。しかし、上記した従来の方法では、
どちらの場合も定性的な評価しか行えなかった。

【０００８】本発明は、上記従来の実情に鑑みてなされ
たものであって、電子部品の底部に配置された複数の突
起電極の全体を計測でき、個々の突起電極の体積または
形状を正確に検出できて、突起電極を構成する半田の量
や形状を定量的に評価でき、しかもプリント基板に電子
部品を装着する直前に、接合部である突起電極の検査を
行うことが可能であり、電子部品組立の信頼性を向上さ
せることができる部品認識方法及び部品検査方法を提供
することを目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、第１の発明の部品認識方法は、底部に複数の突起電
極を有する電子部品の底部全体の高さ画像を、高さ検出
センサーで、２次元高さ画像データとして取り込み、前
記高さ画像データから個々の突起電極を抽出し、個々の
突起電極の体積を検出することを特徴としている。

【００１０】また、電子部品の突起電極の体積の検出
は、電子部品装着機のノズルで前記電子部品を、部品供
給部より吸着してから、前記電子部品をプリント基板に
装着するまでの間に、行うことが好ましい。

【００１１】更に、高さ検出センサーは、レーザー光を
ポリゴンミラーで１次元の直線上をスキャンさせなが
ら、レーザー光のスキャン方向と直角の方向に電子部品
を移動させるか、あるいは、レーザー光のスキャン方向
と直角の方向に高さ検出センサーを移動させることによ
って、２次元高さ画像データを取り込むと好適である。

【００１２】第２発明の部品認識方法は、底部に複数の
突起電極を有する電子部品の底部全体の高さ画像を、高
さ検出センサーで、２次元高さ画像データとして取り込
み、前記高さ画像データから個々の突起電極を抽出し、
個々の突起電極の形状を認識することを特徴としてい
る。

【００１３】また、電子部品の突起電極の形状の認識
は、電子部品装着機のノズルで前記電子部品を、部品供
給部より吸着してから、前記電子部品をプリント基板に
装着するまでの間に、行うことが好ましい。

【００１４】更に、高さ検出センサーは、レーザー光を
ポリゴンミラーで１次元の直線上をスキャンさせなが
ら、レーザー光のスキャン方向と直角の方向に電子部品
を移動させるか、あるいは、レーザー光のスキャン方向
と直角の方向に高さ検出センサーを移動させることによ
って、２次元高さ画像データを取り込むと好適である。

【００１５】第１発明の部品認識方法によると、電子部
品の底部に配置された複数の突起電極の全体を計測で
き、個々の突起電極の体積を正確に検出できて、突起電
極を構成する半田の量を定量的に評価できる。

【００１６】そしてこの第１発明の部品認識方法により
検出された突起電極のいずれかの体積が、予め定めた基
準範囲に入らない場合には、その電子部品を異常とみな
す部品検査方法を採用することで、電子部品の良、不良
を正確に判断することができる。

【００１７】また、プリント基板に電子部品を装着する
直前に、接合部である突起電極の体積検出を行うことが
可能であり、電子部品製造工程から電子部品組立工程の
間で、電子部品を運搬したときに生じる電子部品の突起
電極の欠落等の不良を、電子部品を基板に取り付ける組
立工程で見つけることができるので、不良品を破棄して
正常な電子部品だけをプリント基板に取り付けることが
でき、電子部品組立の信頼性を向上させることができ
る。

【００１８】第２発明の部品認識方法によると、電子部
品の底部に配置された複数の突起電極の全体を計測で
き、個々の突起電極の形状を正確に検出できて、突起電
極を構成する半田の形状を定量的に評価できる。

【００１９】そしてこの第２発明の部品認識方法により
認識された突起電極のいずれかの形状が、予め定めた基
準形状から外れた場合には、その電子部品を異常とみな
す部品検出方法を採用することで、電子部品の良、不良
を正確に判断することができる。

【００２０】また、プリント基板に電子部品を装着する
直前に、接合部である突起電極の形状評価を行うことが
可能であり、電子部品製造工程から電子部品組立工程の
間で、電子部品を運搬したときに生じる電子部品の突起
電極の欠落等の不良を、電子部品をプリント基板に取り
付ける組立工程で見つけることができるので、不良品を
破棄して正常な電子部品だけを基板に取り付けることが
でき、電子部品組立の信頼性を向上させることができる

【００２１】

【発明の実施の形態】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。

【００２２】図１は本発明の実施の形態の部品認識方法
及び部品検査方法に用いる電子部品装着機を示す。

【００２３】図１において、１は電子部品装着機の装着
機本体、２は本装着機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（ノズル）、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は高さ検出センサーであり、
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。

【００２４】トレー３に載っている部品２がヘッド部７
で吸着され高さ検出センサー８の上をＸ軸ロボット５に
駆動されてＸ軸方向に移動するときに、高さ検出センサ
ー８によって部品２の高さ画像が取り込まれる。高さ検
出センサー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の複数の半球形状の各突起電極２
ａの体積または形状の認識、検査を行い、検査結果が正
常であれば、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。他方、部品２のいずれかの突起電極２ａ
の体積または形状に異常があるときはこの部品２を廃棄
する。

【００２５】図２は、電子部品実装機のＸ軸ロボット５
の説明図である。

【００２６】部品２を吸着したヘッド部７は、サーボモ
ーター２４の回転により、Ｘ軸上を移動する。部品２の
高さデータ入力は、部品２を吸着したヘッド部７が、原
点センサー２２の左側から右側に向かって、高さ検出セ
ンサー８上を等速で移動することでなされる。ヘッド部
７が原点センサー２２を通過すると原点信号２３が出力
され、画像処理コントローラー２１に通知される。

【００２７】尚、１８ａ、１８ｂはＰＳＤからの出力信
号、２０はポリゴン面原点信号、２５はエンコーダー信
号である。

【００２８】高さ検出センサー８の構成と動きについ
て、三角測量の原理を用いたものを例示して、以下に詳
細に説明する。

【００２９】図３は高さ検出センサー８のＹ軸に垂直な
断面図であり、図５は高さ検出センサー８のＸ軸に垂直
な断面図である。図３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。

【００３０】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に垂直に投射され
るように光路変換させるＦ−θレンズ、１６ａ、１６ｂ
は部品２の半球形状の突起電極２ａ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、１
７ｂの出力信号である。

【００３１】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の半球形状
の突起電極２ａ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の半球形状の突
起電極２ａ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。

【００３２】ここで、レーザー光は、ポリゴンミラー１
２で反射した後、対象物である部品２の半球形状の突起
電極２ａに照射されるが、対象物である部品２の半球形
状の突起電極２ａには、ポリゴンミラー１２と部品２の
半球形状の突起電極２ａとの間に存在する３枚構成のＦ
−θレンズ１５によって、常に垂直に当たるようになっ
ている。

【００３３】部品２の半球形状の突起電極２ａのような
半球形の対象物の高さを測定するとき、高さ検出センサ
ー８にとって、半球形の対象物の周囲の面は切り立った
壁に相当し、この付近にレーザー光を照射しても、半球
形の対象物からの反射光は得られず、ＰＳＤ１７ａ、１
７ｂには反射光が帰ってこない。そこで、何度の面まで
精度を保ちながら計測可能か実験的に確かめておく。そ
の角度が後述する図１２（ｂ）に示すθである。

【００３４】そこで、後述する図１２（ｂ）に示すよう
に、高さ検出センサー８で部品２の半球形状の突起電極
２ａの体積を計測するときには、有効なデータが得られ
る半径ｒをθに基づいて計算しておき、小領域内をサン
プリングしているときに、サンプリング点であるＸ、Ｙ
が、半球形状の突起電極２ａの中心から半径ｒの領域に
存在するときにだけ、計測高さＨ（Ｘ、Ｙ）を体積計算
の対象にすることで精度を高めようとしている。

【００３５】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になる。これをポリゴンミラー
１２のポリゴン面原点信号２０と呼ぶ。

【００３６】本実施の形態における高さ検出センサー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ＰＳ
Ｄ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。

【００３７】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。

【００３８】ここで、前記の半導体位置検出素子（ＰＳ
Ｄ）１７ａ、１７ｂによる計測対象物である部品２の半
球形状の突起電極２ａ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６に
基づいて説明する。

【００３９】図６において、Ｆ−θレンズ１５から紙面
に垂直な方向（Ｙ軸方向）に走査して部品２の半球形状
の突起電極２ａに投射されるレーザビームは，半球形状
の突起電極２ａから乱反射する。この場合、投射された
点が、半球形状の突起電極２ａの底面上の高さ０のＡ₁
点と半球形状の突起電極２ａの最下部である底面から高
さＨのＢ₁点とであるとする。

【００４０】乱反射したレーザビームは結像レンズ１６
ａによって集光され、それぞれが半導体位置検出素子
（ＰＳＤ）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。

【００４１】電流Ｉ₁、Ｉ₃はＡ₂点とＣ点との間の距
離ｘ_A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ｘ_B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１７
ａの長さをＬとすると、図１１のｘ_A、ｘ_Bは次式のよ
うにして決まる。

【００４２】ｘ_A＝ＬＩ₃／（Ｉ₁＋Ｉ₃）ｘ_B＝ＬＩ₄／（Ｉ₂＋Ｉ₄）従って、図６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。

【００４３】Ｈ’＝ｘ_A−ｘ_B このようにして求められたＰＳＤの上の高さＨ’に基づ
いて高さＨが決定される。

【００４４】次に、高さ像を撮像する仕組みを、図２を
用いて説明する。

【００４５】図２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上で高さ画像の撮像
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、２４ａはＸ軸ロボット５を移動させるモータ
ー２４のエンコーダー、２５はエンコーダー２４ａの出
力するエンコーダー信号である。

【００４６】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２４ａ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。

【００４７】一方、高さ検出センサー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ポリゴ
ン面原点信号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１
２の基準位置通過後の回転量を算出することができる。

【００４８】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高さ検
出センサー８では、ポリゴンミラー１２と高さ画像撮像
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、
撮像される高さ画像の水平・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、上記構成の高さ
検出センサー８で高さ画像を主制御部２１内にある画像
メモリー３４（図７参照）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のポリゴン面原点信号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。

【００４９】次に、主制御部２１の内部構造を示す図７
のブロック図について説明する。

【００５０】メインコントローラー３０は、図１に示さ
れる電子部品実装機全体をコントロールする。たとえ
ば、サーボコントローラー３１を介して電子部品実装機
のヘッド部７の位置をコントロールし、電子部品２の吸
着、移動、プリント基板９への装着を行う。

【００５１】また、メインコントローラ３０の部品形状
情報記憶部３０ａに記憶されている装着を行う電子部品
２の形状情報（ボディ高さ、ボディ幅、ボディ奥行き、
半球形状の突起電極２ａの個数、半球形状の突起電極２
ａの直径、半球形状の突起電極２ａのピッチなど）を２
ポートメモリ３２を介して画像処理コントローラー３３
のワークメモリ４４に転送格納し、電子部品２の高さ画
像入力、電子部品２の位置検出を行う。また、その結果
は、２ポートメモリ３２を介して画像処理コントローラ
ー３３からもらって、電子部品２をプリント基板に装着
する際の位置（Ｘ、Ｙ、θ）の補正計算に用いる。

【００５２】Ｘ軸ロボット５とＹ軸ロボット６ａ、６ｂ
は、サーボコントローラー３１が、Ｘ軸・Ｙ軸・θ軸・
ノズル高さ軸の位置制御を行う。特に、Ｘ軸のモータエ
ンコーダ信号６１は、ヘッド部７のＸ軸上での位置を教
えるため、また、Ｘ軸からの原点信号６２は、ヘッド部
７が高さ計測開始位置に来たことを教えるため、それぞ
れ画像処理コントローラー３３に入力され、高さデータ
を画像メモリ３４に取り込むスタートタイミングを測る
のに用いられる。

【００５３】高さ検出センサー８は、部品２から反射し
てきたレーザー光を計測する受光系が、レーザー光の反
射ばらつきを考慮して２系統（チャネルＡとチャネル
Ｂ）設け、信頼性を，確保している。各受光系では、Ｐ
ＳＤで検出した微弱な信号を、プリアンプ３５で増幅
し、ＡＤコンバーター３６で１２ビットのデジタルデー
タに変換し（高さ演算の精度を確保するため、ここでは
１２ビットのデジタルデータに変換されている）、画像
処理コントローラー３３へ入力している。また、ポリゴ
ンミラー１２は常時回転しており、図５で示される機構
によって、ポリゴン面原点信号２０をクロック部３７に
入力している。クロック部３７では、高さデータをメモ
リに書き込む際に必要になる基準クロック（ＣＬＲ）を
発生させると共に、ポリゴン面原点信号２０を基にし
て、高さデータ取り込みに必要な水平同期信号（ＨＣＬ
Ｒ）を発生させ、それぞれ画像処理コントローラー３３
に入力している。

【００５４】画像処理コントローラー３３は、高さ検出
センサー８からのデジタル化されたＰＳＤ信号を、高さ
演算部３９で８ビットの高さデータに変換する。チャネ
ル選択部４０は、２系統（チャネルＡとチャネルＢ）あ
る高さデータをリアルタイムで比較し、それぞれのタイ
ミングで確かな方の高さデータを選択している。たとえ
ば、チャネルＡの高さ計算時にゼロによる割り算が発生
すれば、チャネルＡの高さデータには異常を表す２５５
が与えられるので、このような場合には、チャネルＢの
値を選択する。もし両チャネルが２５５の異常値を示せ
ば、高さデータとして２５５が出力される。また、両チ
ャネルＡ、Ｂの高さデータが正常値であれば、両チャネ
ルの高さデータの加算平均値が出力される。チャネル選
択部４０から出力された高さデータは、画像メモリ３４
に格納される。高さデータの画像メモリ３４への格納
は、タイミング制御部４１によってコントロールされて
おり、Ｘ軸ロボット５から原点信号を受けた後、あらか
じめ定めておいたヘッド移動距離をエンコーダ信号６１
でカウントして垂直同期信号（ＶＣＬＲ）を生成し、高
さデータ取り込み開始信号として画像メモリ３４へ入力
している。画像メモリ３４に格納された高さデータは、
プログラムに従って動作するＣＰＵ４２によって画像処
理され、認識対象物である電子部品の位置検出などが行
われる。プログラムは、プログラムメモリ４３に格納さ
れている。電子部品の幾何特徴を格納している形状情報
（外形高さ、外形幅、外形奥行き、半球形状の突起電極
個数、半球形状の突起電極の直径、半球形状の突起電極
ピッチなど）は、高さ画像入力に先立ち、事前に２ポー
トメモリ３２を介してメインコントローラー３０から送
られてくる。認識対象物の位置検出は、この形状情報を
基に行われる。尚、ワークメモリ４４は、認識対象物の
位置検出を行う上で、認識対象物の形状情報や中間結果
を格納する場所として使用される。

【００５５】図８は、高さ検出センサー８を用いての部
品装着手順を示している。

【００５６】次に、図８に示すステップ（〜）の順
にしたがって説明する。

【００５７】ノズル（ヘッド部）７で電子部品２を
吸着する。

【００５８】部品２の高さデータを取り込む。

【００５９】部品２の半球形状の突起電極２ａの位
置を検出する。

【００６０】（詳しくは、図９参照のこと）部品２
の半球形状の突起電極２ａの体積を検出する。

【００６１】（詳しくは、図１２参照のこと）半球
形状の突起電極２ａの体積が正常であるか否かを判断す
る。

【００６２】全て正常の場合には、部品２をプリン
ト基板９の所定の場所に装着する。

【００６３】半球形状の突起電極２ａの体積が一つ
でも異常の場合には、部品２を装着せずに廃棄する。

【００６４】図９は、高さデータからの部品２の半球形
状の突起電極２ａの位置検出手順を示している。

【００６５】次に、図９に示すステップ（〜）の順
にしたがって説明する。

【００６６】部品２の大きさから処理エリアを決定
する。

【００６７】たとえば、処理エリアのＸ・Ｙ方向のサイ
ズを、画面上での部品２の大きさの２倍に設定する。

【００６８】処理エリア内をサンプリングして部品
２の中心を求め、また部品２の中心まわりの慣性相乗モ
ーメントおよび慣性２次モーメントを求めて傾きを求め
る。すなわち部品２のパターンを楕円近似し、その長軸
をもって部品２の傾きとする。

【００６９】部品２の位置、姿勢を基に半球形状の
突起電極２ａの位置を推定し、小領域を設定する。

【００７０】部品２の形状情報には、部品２のボディの
大きさ、半球形状の突起電極２ａの個数、半球形状の突
起電極２ａの大きさ、半球形状の突起電極２ａの直径、
個々の半球形状の突起電極２ａが存在する位置を計算す
るのに必要な情報を格納しておく。

【００７１】全ての半球形状の突起電極２ａの位置
を正確に検出する。

【００７２】上記した部品２の中心検出と傾き検出に関
連して、図１０（ａ）（ｂ）（ｃ）について説明する。

【００７３】図１０（ａ）では、部品２の大きさから決
定された処理エリアが白いウインドウで表されている。

【００７４】図１０（ｂ）では、処理エリア内を、あら
かじめ定められたステップでＸ方向、Ｙ方向に均等にサ
ンプリングして部品２の中心と傾きを求める。

【００７５】図１０（ｃ）では、部品２の中心、傾きと
メインコントローラから送られてきた部品形状情報を使
って、個々の半球形状の突起電極２ａが存在する位置を
推定し、半球形状の突起電極２ａを１つだけ包含する小
領域を設定する。この小領域をサンプリングして、半球
形状の突起電極２ａの中心位置を検出する。図１１
は、高さ計測領域を示している。これは、８ビット画像
領域なので、高さデータとしては０〜２５５までの２５
６通りの数値を扱うことができる。本実施形態では、便
宜上、高さ座標軸を対象物から高さ検出センサー方向に
取り、高さ計測の基準面を１２８としている。また、高
さデータとして０や２５５などの値は、『高さデータが
正しく得られなかった』などのエラーを表現するために
使用している。尚、高さ方向の分解能を１０μｍとする
と、計測可能な範囲は約±１．２ｍｍとなる。

【００７６】次に、半球形状の突起電極２ａの体積検出
手順を図１２に基づいて説明する。

【００７７】図１２（ａ）（ｂ）において、Ｖ：半球形状の突起電極２ａの高さを合計したものＲ：半球形状の突起電極２ａの半径 θ：半球形状の突起電極２ａで反射したレーザ光が、ＰＳＤで受光できる限界角度ｒ：ＰＳＤ受光限界角度をＸＹ平面に投影したときにできる円領域の半径Ｈ（Ｘ、Ｙ）：点（Ｘ、Ｙ）における高さデータ（Ｘ、Ｙ）：小領域内のサンプリング点（Ｘｃ、Ｙｃ）：図１０（ｃ）の処理で求めた半球形状の突起電極２ａの中心座標である。

【００７８】その手順は、図１２（ａ）にステップ〜
に示すようになっている。

【００７９】Ｙアドレスを図１２（ｂ）に示すよう
に、Ｙｍｉｎに初期化し、Ｖ＝０とする。

【００８０】Ｘアドレスを図１２（ｂ）に示すよう
に、Ｘｍｉｎに初期化する。

【００８１】（Ｘｃ−Ｘ）²＋（Ｙｃ−Ｙ）²＜ｒ
²の判定を行なう。この式を満たす場合には、へ進
む。この式を満たさなければ、サンプリング点（Ｘ、
Ｙ）は、突起電極２ａの領域の外側に位置することにな
るので、そのようなサンプリング点での高さデータＨ
（Ｘ、Ｙ）は、Ｖにたしこまず無視して、へ進む。

【００８２】サンプリング点（Ｘ、Ｙ）が、（Ｘ
ｃ、Ｙｃ）を中心とする半径ｒの領域内に存在するの
で、このサンプリング点（Ｘ、Ｙ）が保持している高さ
データＨ（Ｘ、Ｙ）は精度のよいものである。従って、
この高さデータＨ（Ｘ、Ｙ）をＶに加算し、あらためて
Ｖとする。

【００８３】Ｘアドレスに、予め定めたきざみＳｘ
を加算し、あらためてＸアドレスとする。すなわちサン
プリング点を１アドレス分ＳｘだけＸ軸方向に移動させ
る。

【００８４】Ｘアドレスが最大値Ｘｍａｘを越える
まで、きざみＳｘを増加させながら、〜の処理を繰
り返す。

【００８５】ＸアドレスがＸｍａｘを越えると、Ｙ
アドレスにあらかじめ定めたきざみＳｙを加算し、あら
ためてＹアドレスとする。すなわちサンプリング点を１
アドレス分ＳｙだけＹ軸方向に移動させる。

【００８６】Ｙアドレスが最大値Ｙｍａｘを越える
まで、きざみＳｙを増加させながら、〜の処理を繰
り返す。ＹアドレスがＹｍａｘを越えるとへ進む。

【００８７】全サンプリング点の高さデータの合計
となるＶに、サンプリング点１点あたりの単位面積を乗
じることにより、突起電極２ａの体積が求まる。

【００８８】また、半球形状の突起電極２ａの形状評価
（形状認識）手順について、図１３に基づいて説明す
る。

【００８９】図１３（ａ）（ｂ）において、Ｅ：半球形状の突起電極２ａの形状評価値Ｒ：半球形状の突起電極２ａの半径 θ：半球形状の突起電極２ａで反射したレーザー光が、ＰＳＤで受光できる限界角度ｒ：ＰＳＤ受光限界角度をＸＹ平面に投影した時にできる円領域の半径Ｈｐｏ：点（Ｘ、Ｙ）における高さ理論値Ｈ（Ｘ、Ｙ）：点（Ｘ、Ｙ）における計測高さデータ（Ｘ、Ｙ）：小領域内のサンプリング点（Ｘｃ、Ｙｃ）：図１０（ｃ）の処理で求めた半球形状の突起電極２ａの中心座標である。尚、上記Ｈｐｏは、前記突起電極２ａが半球で
あると想定したときの理論値であり、この理論値と計測
値の差が０に近いほど半球に近い形状となる。

【００９０】その手順は、図１３（ａ）にステップ（
〜）に示すようになっている。

【００９１】Ｙアドレスを図１３（ｂ）に示すよう
に、Ｙｍｉｎに初期化し、Ｅ＝０とする。

【００９２】Ｘアドレスを図１３（ｂ）に示すよう
に、Ｘｍｉｎに初期化する。

【００９３】（Ｘｃ−Ｘ）²＋（Ｙｃ−Ｙ）²＜ｒ
²の判定を行なう。この式を満たす場合には、へ進
む。この式を満たさなければ、サンプリング点（Ｘ、
Ｙ）は、突起電極２ａの領域の外側に位置することにな
るので、そのようなサンプリング点での高さデータＨ
（Ｘ、Ｙ）は、形状評価の対象とせず無視して、へ進
む。

【００９４】サンプリング点（Ｘ、Ｙ）が、（Ｘ
ｃ、Ｙｃ）を中心とする半径ｒの領域内に存在するの
で、このサンプリング点（Ｘ、Ｙ）が保持している高さ
データＨ（Ｘ、Ｙ）は精度のよいものである。この高さ
データＨ（Ｘ、Ｙ）に基づいてに示すように高さ理論
値Ｈｐｏを求めると共に、ＨｐｏとＨ（Ｘ、Ｙ）の差の
絶対値を求める。この値をＥに加算し、あらためてＥと
する。

【００９５】Ｘアドレスに、予め定めたきざみＳｘ
を加算し、あらためてＸアドレスとする。すなわちサン
プリング点を１アドレス分ＳｘだけＸ軸方向に移動させ
る。

【００９６】Ｘアドレスが最大値Ｘｍａｘを越える
まで、きざみＳｘを増加させながら、〜の処理を繰
り返す。

【００９７】ＸアドレスがＸｍａｘを越えると、Ｙ
アドレスにあらかじめ定めたきざみＳｙを加算し、あら
ためてＹアドレスとする。すなわちサンプリング点を１
アドレス分ＳｙだけＹ軸方向に移動させる。

【００９８】Ｙアドレスが最大値Ｙｍａｘを越える
まで、きざみＳｙを増加させながら、〜の処理を繰
り返す。ＹアドレスがＹｍａｘを越えるとへ進む。

【００９９】全サンプリング点のＨｐｏとＨ（Ｘ、
Ｙ）の差の絶対値の合計となるＥが突起電極２ａの形状
の評価値となる。

【０１００】上記した電子部品２の突起電極２ａの体積
検出あるいは形状評価は、電子部品装着機のノズル（ヘ
ッド部）７で電子部品２を、部品供給部４より吸着して
から、電子部品２をプリント基板９に装着するまでの間
に行うと良い。

【０１０１】このようにすることによって、電子部品製
造工程から電子部品組立工程の間で、電子部品２を運搬
したときに生じる電子部品２の突起電極２ａの欠落等の
不良を、電子部品２をプリント基板９に装着する直前で
見つけることができるので、不良品を破棄して正常な電
子部品２だけをブリント基板９に取り付けることがで
き、電子部品組立の信頼性を向上させることができる。

【０１０２】更に、高さ検出センサー８は、レーザー光
をポリゴンミラー１２で１次元の直線上をスキャンさせ
ながら、レーザー光のスキャン方向と直角の方向に対象
物（電子部品）を移動させるか、あるいは、レーザー光
のスキャン方向と直角の方向に高さ検出センサーを移動
させることによって、対象物の２次元高さ画像データを
取り込むことができる。

【０１０３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電子部品の底部に配置された複数の突起電極の全体を計
測でき、個々の突起電極の体積あるいは形状を正確に検
出できて、電子部品の良、不良を正確に判断することが
できる。

【０１０４】また、プリント基板に電子部品を装着する
直前に、接合部である突起電極の体積検出や形状認識を
行うことが可能であり、電子部品製造工程から電子部品
組立工程の間で、電子部品を運搬したときに生じる電子
部品の突起電極の欠落等の不良を、電子部品を基板に取
り付ける直前で見つけることができるので、不良品を破
棄して正常な電子部品だけをプリント基板に取り付ける
ことができ、電子部品組立の信頼性を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に用いられる電子部品装着機
の一例を示す斜視図である。

【図２】実施形態の部品認識方法における高さ検出セン
サーからの出力信号の説明図である。

【図３】実施形態の部品認識方法における高さ検出セン
サーの断面図である。

【図４】高さセンサーによる電子部品の半球形状の突起
電極の検出状態を示し、（ａ）はその高さセンサーの半
球形状の突起電極に対するレーザー光の入出力状態を示
す説明図、（ｂ）はその出力信号によって得られた半球
形状の突起電極の画像を示す説明図である。

【図５】実施形態の部品認識方法における高さ検出セン
サーの断面図である。

【図６】実施形態の部品認識方法における半球形状の突
起電極に対する高さ測定方法の例を示す説明図である。

【図７】実施形態の部品認識方法に使用される電子部品
装着機の主制御部の内部構成を示すブロック図である。

【図８】部品装着手順を示すフローチャートである。

【図９】高さ画像から部品の半球形状の突起電極の位置
検出手順を示すフローチャートである。

【図１０】電子部品の半球形状の突起電極の位置検出手
順を（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す説明図である。

【図１１】電子部品の高さ計測領域を示す説明図であ
る。

【図１２】電子部品の半球形状の突起電極の体積検出手
順を示し、（ａ）はそのフローチャート、（ｂ）は高さ
検出センサーによる電子部品の半球形状の突起電極の体
積検出の説明図である。

【図１３】電子部品の半球形状の突起電極の形状評価手
順を示し、（ａ）はそのフローチャート、（ｂ）は高さ
検出センサーによる電子部品の半球形状の突起電極の形
状評価の説明図である。

【図１４】複数の半球形状の突起電極を有する電子部品
の斜視図である。

【図１５】従来における電子部品の半球形状の突起電極
を検出する方法を示す説明図である。

【図１６】（ａ）は従来の部品認識方法における電子部
品の半球形状の突起電極をＣＣＤカメラで光を照射した
ときの半球形状の突起電極への光の入出力状態を示す説
明図、（ｂ）はその検出によって得られる半球形状の突
起電極の画像を示す説明図である。

【図１７】（ａ）は従来の部品認識方法におけるＣＣＤ
カメラで電子部品の半球形状の突起電極に光を照射した
ときの光の入出力状態を示す説明図、（ｂ）はその検出
によって得られる半球形状の突起電極の画像を示す説明
図である。

【図１８】（ａ）は従来の部品認識方法におけるＣＣＤ
カメラで電子部品の底部に略平坦形状部を有する略半球
形状の突起電極に光を照射したときの光の入出力状態を
示す説明図、（ｂ）はその検出によって得られる底部に
略平坦形状部を有する略半球形状の突起電極の画像を示
す説明図である。

【符号の説明】

１電子部品装着機の装着機本体、２電子部品２ａ半球形状の突起電極４トレー供給部（部品供給部）７ヘッド部（ノズル）８高さ検出センサー９プリント基板１２ポリゴンミラー

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者田邉敦大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】底部に複数の突起電極を有する電子部品の
底部全体の高さ画像を、高さ検出センサーで、２次元高
さ画像データとして取り込み、前記高さ画像データから
個々の突起電極を抽出し、個々の突起電極の体積を検出
することを特徴とする部品認識方法。
【請求項２】電子部品の突起電極の体積の検出は、電子
部品装着機のノズルで前記電子部品を、部品供給部より
吸着してから、前記電子部品をプリント基板に装着する
までの間に、行うことを特徴とする請求項１に記載の部
品認識方法。
【請求項３】高さ検出センサーは、レーザー光を１次元
の直線上をスキャンさせながら、レーザー光のスキャン
方向と直角の方向に電子部品を移動させるか、あるい
は、レーザー光のスキャン方向と直角の方向に高さ検出
センサーを移動させることによって、２次元高さ画像デ
ータを取り込むことを特徴とする請求項１又は２に記載
の部品認識方法。
【請求項４】請求項１〜３のいずれかに記載の部品認
識方法により検出された突起電極のいずれかの体積が、
予め定めた基準範囲に入らない場合には、その電子部品
を異常とみなすことを特徴とする部品検査方法。
【請求項５】請求項４に記載の部品検査方法により異
常とみなされない電子部品を基板に実装することを特徴
とする部品実装方法。
【請求項６】底部に複数の突起電極を有する電子部品の
底部全体の高さ画像を、高さ検出センサーで、２次元高
さ画像データとして取り込み、前記高さ画像データから
個々の突起電極を抽出し、個々の突起電極の形状を認識
することを特徴とする部品認識方法。
【請求項７】電子部品の突起電極の形状の認識は、電子
部品装着機のノズルで前記電子部品を、部品供給部より
吸着してから、前記電子部品をプリント基板に装着する
までの間に、行うことを特徴とする請求項６に記載の部
品認識方法。
【請求項８】高さ検出センサーは、レーザー光を１次元
の直線上をスキャンさせながら、レーザー光のスキャン
方向と直角の方向に電子部品を移動させるか、あるい
は、レーザー光のスキャン方向と直角の方向に高さ検出
センサーを移動させることによって、２次元高さ画像デ
ータを取り込むことを特徴とする請求項６又は７に記載
の部品認識方法。
【請求項９】請求項６〜８のいずれかに記載の部品認
識方法により認識された突起電極のいずれかの形状が、
予め定めた基準形状から外れた場合には、その電子部品
を異常とみなすことを特徴とする部品検査方法。
【請求項１０】請求項９記載の部品検査方法により異
常とみなされない電子部品を基板に実装することを特徴
とする部品実装方法。