JPH11266100A - 電子部品の認識方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＢＧＡ，ＣＳＰなどの電子部品の半田ボール
の異常を良好に識別する。 【解決手段】 １面に半田ボールを配列した電子部品
が、側方、斜方及び下方から照明される。半田ボールが
側方、斜方及び下方から照明されると、半田ボールの根
元部分、中腹部分、先端部分がそれぞれ明るく輝くよう
になる。半田ボールが正常の場合には、その輝く部分に
重複する部分がなく（Ａ、Ｂ、Ｃ）、各画像データを減
算すると、根元部分が輝いた画像が得られる（Ｄ）。一
方半田ボールが欠損あるいは一部欠落しているような場
合には、その部分に対しては同様な画像（Ｅ、Ｆ、Ｇ）
あるいは不規則な画像（Ｉ、Ｊ、Ｋ）が得られるので、
各画像データの減算によりその部分の画像データがなく
なり（Ｈ、Ｌ）、半田ボールの異常を良好に識別するこ
とが可能になる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子部品の認識方
法及び装置、更に詳細には、１面に半球状突出物を配列
した電子部品を異る角度で照明し、照明された電子部品
の像を画像処理することにより電子部品を認識する電子
部品の認識方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、チップマウンタでは、ＩＣチ
ップ部品等の電子部品を吸着する吸着ノズルを備えた吸
着ヘッドが設けられており、フィーダから供給される電
子部品が吸着ノズルにより吸着され、回路基板上に移
送、搭載されている。通常電子部品は、必ずしも正しい
姿勢で吸着されるわけではないので、電子部品の吸着姿
勢がＣＣＤカメラ等の認識装置により撮像され、電子部
品の画像認識が行なわれ、この画像認識に基づき得られ
る電子部品の吸着ノズルの中心位置からのずれ並びに傾
き量が補正された後、電子部品が回路基板上に搭載され
ている。

【０００３】電子部品の回路基板への正確な搭載には、
電子部品の画像認識を良好に行なう必要があり、そのた
めに電子部品を最適に照明する必要がある。電子部品に
は種々の種類があり、電子部品を最適に照明するには、
電子部品の種類に応じて照明方法を変えなければならな
い。例えば、図１に示すＢＧＡ（Ｂａｌｌ ＧｒｉｄＡ
ｒｒａｙ），ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋ
ａｇｅ）などの半田ボール１を有する電子部品２を認識
する際、図２（Ａ）に示すように下方から光源３、３’
を用いて照射し、ボール１の頂点付近を反射させ、これ
をＣＣＤカメラで撮像している。ボールは頂点付近が明
るく輝くので、（Ｂ）に図示したような画像が得られ、
これを画像処理してボール頂点を求めボールの位置認識
を行なう方式をとっていた。

【０００４】また、図２（Ｃ）に示すようにボール１の
側方から光源４、４’で照射しボールの根元付近を反射
させ、（Ｄ）に示すような根元付近が明るいボール画像
を処理してボールの外周を求めボールの位置認識を行な
っていた。

【０００５】また、半田ボールを認識するものではない
が特開平７−２６０６９７号公報に示されるように受光
軸の周囲から照射した画像と受光軸に平行な光から受光
した画像の２枚から欠陥部を抽出する方法が提案されて
いる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
認識方式において、例えば図２（Ｇ）に示すようなＢＧ
Ａ，ＣＳＰ電子部品で半田ボールが欠け、ベース面に微
量の半田１ａが中央部付近に付着した時、下方の光源
３、３’からの照射を行なう場合には、半田１ａが半田
ボールと同様に反射して（Ｈ）のような画像が得られ、
半田ボールとの見分けがつかなくなり認識困難になる、
という問題があった。

【０００７】また、例えば図２（Ｉ）に示すように、半
田ボール１ｂに部分的な欠けなどの不良が存在する場合
には、光源４、４’により側部から照明を行なう場合に
は、他の正常な半田ボール１と反射状態が類似している
ので、撮像された画像は（Ｊ）のようになり、不良半田
ボール１ｂの検出が困難である、という問題点があっ
た。

【０００８】また、特開平７−２６０６９７号公報に示
されるように受光軸の周囲から照射した画像と受光軸に
平行な光から受光した画像の２枚から欠陥部を抽出する
方式の場合、半田ボールが鏡面であれば全体が反射し、
部分的に鏡面もしくは凹凸があるとその部分のみが反射
するので、特に平行光における反射画像は球面の半田ボ
ールにおいては表面の欠陥の状態に応じ反射の具合が変
わるため、十分な評価が望めない、という問題点があっ
た。

【０００９】したがって、本発明は、特にＢＧＡ，ＣＳ
Ｐなどの電子部品であって半田ボールなどの半球状突出
物を正確に画像認識できる電子部品の認識方法及び装置
を提供することをその課題とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、１面に半球状
突出物を配列した電子部品を異る角度で照明し、照明さ
れた電子部品の像を画像処理することにより電子部品を
認識する電子部品の認識方法及び装置であって、半球状
突出物を異る複数方向から照明すること、それぞれ異る
方向から個々に照明された各半球状突出物を半球状突出
物の配列面にほぼ直交する方向から撮像すること、撮像
された各半球状突出物の画像データを演算すること、及
び演算結果に基づいて半球状突出物の特徴あるいは欠陥
を識別することを特徴としている。

【００１１】このような構成では、半球状突出物は異る
種々の複数方向の角度で個々に撮像され、その各画像が
処理されるので、半球状突出物の特徴に従い、各照射角
度を変化させることにより半球状突出物の特徴を抽出す
ることが可能になり、半球状突出物の欠陥などを良好に
識別できるようになる。

【００１２】特に、半田ボールのような接線方向がなだ
らかで連続的に変化する傾斜面を持つ半球状突出物の場
合には、その配列面に対して側方、斜方及び下方から照
明すると、半田ボールの根元部分、中腹部分、先端部分
がそれぞれ明るく輝くようになる。半田ボールが正常の
場合には、その輝く部分に重複することがなくなり（あ
るいは少ない）、一方半田ボールが欠損あるいは一部欠
落しているような場合には、その部分に対しては同様な
画像あるいは不規則な画像が得られる。そこで、各方向
から照明された画像データを演算（減算）することによ
り半田ボールの異常を良好に識別することが可能にな
る。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施の形態に基
づいて本発明を詳細に説明する。

【００１４】本発明での電子部品の画像認識は、チップ
マウンタ装置での電子部品の吸着、位置決め、回路基板
への搭載という処理の流れにおいて、基板への搭載直前
の検査として実施される。チップマウンタ装置が本発明
による検査機能を有することで検査から搭載までの時間
を最小にすることができるため、より信頼性の高い検査
として位置付けることができる。

【００１５】図３は本発明の１実施形態を示す電子部品
の認識装置の構成図である。図３において１０は電子部
品で、図１に示したような一面に半球の半田ボール（半
球状突出物）が縦横に配列されたＢＧＡ，ＣＳＰなどの
電子部品である。この電子部品１０は上下に昇降可能な
吸着ノズル１１で吸着され、画像撮像部１２でその画像
が撮像される。

【００１６】画像撮像部１２は、ＬＥＤの光源１３ａを
複数個それぞれ４面に配列した側方照明ユニット１３
と、同様に、ＬＥＤの光源１４ａを複数個それぞれ４面
に配列した斜方照明ユニット１４と、ＬＥＤの光源１５
ａを複数個それぞれ４面に配列した下方照明ユニット１
５を有し、吸着ノズル１１が所定位置まで下降したと
き、照明ユニットの光源が点灯して、吸着ノズルに吸着
されている電子部品を照明する。

【００１７】また、画像撮像部１２は、下方にレンズ１
６を備えたＣＣＤカメラのような撮像装置１７を有し、
吸着ノズル１１に吸着された電子部品１０を半田ボール
の配列面に対してほぼ直交する方向から撮像する。撮像
された電子部品の画像は、画像処理部２０に送られ、メ
モリ２３に格納される。

【００１８】このメモリ部２３への格納は、図４に示し
たように、Ａ／Ｄ変換器２１を介して行なわれ、画像処
理部のＣＰＵ２２は、メモリ部に格納された画像データ
に対して画像処理を行ない電子部品の画像を認識する。
また、ＣＰＵ２２は駆動部２４を介して各照明ユニット
１３〜１４、吸着ノズル１１を駆動するとともに、撮像
装置１７の駆動を制御する。

【００１９】以上の構成において、ＢＧＡ，ＣＳＰ等の
電子部品１０の位置決めを画像認識にて行なう際、吸着
ノズル１１が駆動部２４を介して駆動され、吸着ノズル
でピックされた電子部品１０は画像撮像部１２に移動す
る。電子部品１０が撮像位置に到達した後、ＣＰＵ２２
は、駆動部２４を介して側方照明ユニット１３を駆動し
その４面に配置された光源１３ａを点灯し、電子部品１
０を側部から照明する。そして、その画像が撮像装置１
７で撮像され、画像処理部２０のメモリ部２３の第１の
メモリ２３ａに取り込まれる。側方照明ユニット１３に
よる照明は、図２（Ｃ）に示したようになり、正常ボー
ルの場合、撮像される画像はボールの根元部分が強く反
射され輝くので、図２（Ｄ）のようになる。このメモリ
２３ａに取り込まれた画像が図５（Ａ）に図示されてい
る。

【００２０】側方照明ユニット１３で照明された電子部
品の映像の取り込みが終了すると、ＣＰＵ２２は駆動部
２４を介して側方照明ユニット１３の光源１３ａを消灯
するとともに、斜方照明ユニット１４を駆動しその４面
の光源１４ａを点灯し、電子部品１０を斜方（例えばボ
ール配列面に対して４５度の方向）から照明する。そし
て、その画像が撮像装置１７で撮像され、画像処理部２
０のメモリ部２３の第２のメモリ２３ｂに取り込まれ
る。斜方照明ユニット１４による照明は、図２（Ｅ）に
示したようになり、正常ボールの場合、撮像される画像
はボールの中腹部分が強く反射され輝くので、図２
（Ｆ）のようになる。このメモリ２３ｂに取り込まれた
画像が図５（Ｂ）に図示されている。

【００２１】斜方照明ユニット１４で照明された電子部
品の映像の取り込みが終了すると、ＣＰＵ２２は駆動部
２４を介して斜方照明ユニット１４の光源１４ａを消灯
し、下方照明ユニット１５を駆動しその４面の光源１５
ａを点灯するとともに、電子部品１０を下方から照明す
る。そして、その画像が撮像装置１７で撮像され、画像
処理部２０のメモリ部２３の第３のメモリ２３ｃに取り
込まれる。下方照明ユニット１５による照明は、図２
（Ａ）に示したようになり、正常ボールの場合、撮像さ
れる画像はボールの先端部分が強く反射され輝くので、
図２（Ｂ）のようになる。このメモリ２３ｃに取り込ま
れた画像が図５（Ｃ）に図示されている。

【００２２】各映像入力が終了すると、画像処理部２０
のＣＰＵ２２は、第１のメモリ２３ａに取り込んだ画像
から第２のメモリ２３ｂに取り込んだ画像と第３のメモ
リ２３ｃに取り込んだ画像を減算し、その減算により得
られた画像を第４のメモリ２３ｄに書き込む。このと
き、減算結果が負の場合は０として扱う。

【００２３】電子部品１の半田ボールが正常である場合
には、メモリ２３ａ〜２３ｃに取り込まれた３枚の画像
の高輝度部分は図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）にそれぞれ
示すようにボールの根元部分、中腹部分、先端部分に相
当するので、ボール部については重ならないか、あるい
は重なってもその重複部分は少ない。また背景部につい
ては３枚の画像は同様な輝度特性を示すので減算するこ
とで相殺され、０付近でフラットな輝度分布を示すこと
になる。従って、図５（Ｄ）で示すようなボールの根元
周辺部のみが強調された画像を得ることができる。

【００２４】なお、ボールの中腹部分、先端部分の抽出
についても、画像間の演算順序を偏向することにより、
それらの部分のみが強調された画像を得ることができ
る。

【００２５】一方、図２（Ｇ）のように電子部品の半田
ボールが欠け、ベース面に微量の半田しか付着していな
い場合、ほとんどボール高さがないため下方照射光のみ
に反応する。従って照射角度によって輝度は異なるが欠
損部全体が写る。この場合、側方照明ユニット１３によ
る照明では、写らない場合もあるが、いずれにしても、
メモリ２３ａ〜２３ｃに格納された画像は、図５（Ｅ）
〜（Ｇ）のようになり、各画像間演算を行なうと、欠損
部においては３枚の画像においてボール部分が重なるた
め、図５（Ｈ）に示すように欠損部のボールのデータが
なくなり不良を検出することが可能となる。

【００２６】また、図２（Ｉ）のように電子部品の半田
ボール１ｂに部分的な欠けなどの不良が存在し半田ボー
ル１ｂにある程度の高さが残るものでは、メモリ２３ａ
〜２３ｃに格納された照射角度の異なる３枚の画像は図
５（Ｉ）、（Ｊ）、（Ｋ）のようになり、どちらかとい
うと正常ボールと同様の特徴を持つようになる。しかし
不良半田ボールでは高さ変化が異なるので、正常ボール
のように高輝度部が明確に分離しない。従って、同様の
画像間演算を行なうと、３枚の画像において不良ボール
部の画像が重なるため、図５（Ｌ）に示すように不良ボ
ールのデータがなくなり不良を検出することが可能とな
る。

【００２７】なお、電子部品の位置決めは、電子部品上
にマトリックス状に存在するすべてのボールの中心を求
め、算出する。位置決め工程の中、ボールの径、面積な
ど２次元形状の検査をボール個々について行う。このと
き、上記のような処理によりボールの欠落、ボール側面
の削れ等の欠陥の検出が可能である。

【００２８】また、部品の位置決め、ボールの２次元形
状検査に必要なボール中心、径、面積はボール根元エッ
ジより算出する。側方照明ユニット１３の照明により得
られるメモリ２３ａの画像のみを用いてこれらの情報を
抽出することも可能であるが、メモリ２３ｄのボール外
周強調画像を認識することにより、より安定してボール
を認識することが可能になる。

【００２９】なお、図３に示した構成において、斜方照
明ユニット１４を除くすべての装置は、位置決め、２次
元形状検査でも共通して使用する。斜方照明ユニット１
４は、本発明においてボールの高さ形状変化をより的確
に捉えるために用意するものであるが、側方照明ユニッ
ト１３、下方照明ユニット１５の最低２つの照明装置に
よる構成においてもその効果を得ることができる。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
半球状突出物は異る種々の複数方向の角度で個々に撮像
され、その各画像が処理されるので、半球状突出物の特
徴に従い、各照射角度を変化させることにより半球状突
出物の特徴を抽出することが可能になり、半球状突出物
の欠陥などを良好に識別できるようになる。

【００３１】また、半田ボールのような半球状突出物の
場合には、その配列面に対して側方、斜方及び下方から
照明すると、半田ボールの根元部分、中腹部分、先端部
分がそれぞれ明るく輝くようになり、正常な半田ボール
では、その輝く部分に重複がないかあるいは少なく、異
常な半田ボールでは、その部分の各画像が同様あるいは
不規則なので、各画像データの演算（減算）により半田
ボールの異常を良好に識別することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（Ａ）は、ＢＧＡ、ＣＳＰなどの電子部品の平
面図、（Ｂ）はその側面図である。

【図２】電子部品を種々の角度で照明して得られる画像
を示した説明図である。

【図３】本発明の電子部品の認識装置の構成を示した構
成図である。

【図４】本発明の電子部品の認識装置の制御系を示した
ブロック図である。

【図５】電子部品の画像データの演算過程を示す説明図
である。

【符号の説明】

１０ 電子部品 １１ 吸着ノズル １３ 側方照明ユニット １４ 斜方照明ユニット １５ 下方照明ユニット １７ 撮像装置 ２３ メモリ部

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 １面に半球状突出物を配列した電子部品
   を異る角度で照明し、照明された電子部品の像を画像処
   理することにより電子部品を認識する電子部品の認識方
   法であって、 半球状突出物を異る複数方向から照明し、 それぞれ異る方向から個々に照明された各半球状突出物
   を半球状突出物の配列面にほぼ直交する方向から撮像
   し、 撮像された各半球状突出物の画像データを演算し、 演算結果に基づいて半球状突出物の特徴あるいは欠陥を
   識別することを特徴とする電子部品の認識方法。
2. 【請求項２】 前記半球状突出物が側方、斜方及び下方
   から照明されることを特徴とする請求項１に記載の電子
   部品の認識方法。
3. 【請求項３】 １面に半球状突出物を配列した電子部品
   を異る角度で照明し、照明された電子部品の像を画像処
   理することにより電子部品を認識する電子部品の認識装
   置であって、 半球状突出物を第１の方向から照明する照明ユニット
   と、 半球状突出物を第２の方向から照明する照明ユニット
   と、 半球状突出物を第３の方向から照明する照明ユニット
   と、 半球状突出物を半球状突出物の配列面にほぼ直交する方
   向から撮像する撮像装置と、 それぞれ第１から第３の方向から個々に照明された半球
   状突出物を撮像することにより得られる各半球状突出物
   の画像を処理する画像処理装置と、 前記画像処理の結果に基づいて半球状突出物の特徴ある
   いは欠陥を識別する手段と、 を有することを特徴とする電子部品の認識装置。
4. 【請求項４】 前記第１、第２、第３の方向が半球状突
   出物の配列面に対して側方、斜方及び下方であることを
   特徴とする請求項３に記載の電子部品の認識装置。