JPS6151505A - 孔の中心位置検出装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は例えばプリント基板の穴に電子部品を挿入す磁
電子部品自動挿入機において、プリント基板の孔中心位
置の挿入位置からのずれ量（補正量）を検出する際に利
用して好適な孔の中心位置検出装置に関する。

〔発明の背景〕

電子部品自動挿入機等においては、プリント基板製造時
の基板孔位置の誤差やプリント基板のＸ−Ｙテーブルへ
の固定時に生じる基板孔位置のずれなどのために、電子
部品の挿入位置と基板孔中心位置とが一致しなくなると
、挿入失敗を生じてしまう。

そこで、従来は投光部を設け、この投光部から照射され
た光束を受光する受−ｙｔ、蘭を、光束の光軸を通フ、
かつ検出のための直角座標にそれぞれ平行な２つの直腺
で区切られた４つの区域に分割し、その各部分に例えば
ホトダイオード等からなる受光素子を配置した４分割受
光素子を設げる。そして、投ｆｔ、部からプリント基板
孔を通した光を４分割受光素子の受光面にあて、受光量
に比例したそれぞれの受光素子の出力電圧が等しくなる
よう、光束に対しプリント基板を相対的に移動させる。

これにより、電子部品の挿入位置とプリント基板゛　孔
中心位置とを一致させる。

第１図はその主要部の一例を示したものであり、ＸＹテ
ーブルＬ上にプリント基板ｐｃを位置決め７固定し、基
板ＰＣの孔りの上部に投光器ＦＤを設パ装置しである。

基板ＰＣの孔りの下方には４分割受光素子ＦＴを設置す
る。これにより、投光器ＦＤからの光は基板孔りを通し
て４分割受光素子ＦＴに照射される。４分割受光素子Ｆ
Ｔを構成する各各の受光素子Ｉ’ＴＩ、ＰＴ２．ＰＴ５
．ＰＴＡは、受けた光量に比例して出力電圧を発生する
。この出力電圧を処理することによって、基板孔位置（
ＸＹ座標）を測定する。この位置データは図示しない制
御部に伝送され、予め入力されている基のデータの修正
データとして利用される。

この種の技術は特開昭５７−１８５９２号、特開昭５８
−１５７１９３号に紹介されている。

この穏の光学系を利用した孔の中心位置検出装置には、
特に投光部の照度の減衰が他の部分の経年変化に比し、
きわめて早いという光学系特有の現象がある。照度の減
衰が生じると、光軸を孔の中心に収束させる精度が低下
し、位置決め時間が長くかかると共に、収束不可が多く
発生してしまう。そこで、この対策として従来は、定期
的に投光部の照度を検査し、取り換え等を行なっていた
。

〔発明の目的〕

本発明は長期間に渡って初期の精度を維持できる光学系
を使用した孔の中心位置検出装置を得ろことを目的とす
る。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため本発明の特徴とするところは
、光学系の状態を自己診断し、その結果忙応じて孔の中
心位置を検出する条件を変更することにある〇 本発明は投光部と、この投光部より投光された光束を受
光する４分割受光素子で構成した受光部と、前記光束の
経路途中に当該光束に対し相対的に移動可能に配置さ九
当該光束を通過する透孔な有する被検出部材と、前記受
光部からの出力に応じ前記光束と前記被検出部材との位
置を相対的に移動制御する移動制御手段とを備えたもの
を対象とする。そして、正常状態時における前記受光部
の状態データを記憶する基準データ記憶部を設ける。状
態データは受光部の各受光素子の出力データであつ【も
よいし、各受光素子の出力データの平均等であってもよ
い。更に、基準データ記憶部の状態データは検出した状
態データで順次更新するようにしてもよい。また、検出
した現在の受光部の出力データと前記基準データとを比
較する比較手段、およびこの比較結果が予め定めた範囲
を越えたか否かを判定する判定手段を設ける。更に、こ
の判定結果忙応じ、孔の中心位置検出条件を変更する条
件変更手段を設ける。この変更する条件は、元軸と孔と
のずれ量を算出する際の各種変数であってもよく、投光
部の照度であってもよい。また、これら変数と投光部の
照度の両者であってもよい。

〔発明の実施例〕

まず、本発明の一実施例として、電子部品自動挿入機に
おける４分割受光素子を用いた基板孔位置補正装置の全
体構成を第２図、第３図、第４図によって説明する。２
ａはスポット光束を発する投光部である。２１：ｌはス
ポット光束を発する投光部２ａより発せられるスポット
光束である。２Ｃはプリント基板で、２ｄはプリント基
板２Ｃに設けた孔である。２ｅはプリント基板２Ｃの孔
２ｄより漏れた光束である。２ｆはレンズで２ｇが４個
の受−ｙｔ、素子、即ち、４分割受光素子を持つ受光部
である。２Ａ、２Ｂ、２（！、２Ｄは増幅回路、２Ｅは
アナログ・デジタル変換器である。２Ｆはマイクロコン
ピュータであ）、演算部ＦＭ、　　メモリ部７２．制御
部ＩＦ３とからなる。２Ｇはサーボ駆動回路（サーボ系
ンであり、２ＨがＸ軸サーボモータ、２ＪがＸ軸サーボ
モータ、２ｈがＸ−Ｙテーブルである０３ａは電子部品
Ｐを挿入する挿入ハンド、３′ｂは電子部品リードビン
曲げ部（クリンチ）である。

第４図は第２図に示した受光部２ｇ内の４分割受光素子
を示したものであり、４ａ、　　４１）、　　４Ｃ。

４ｄは各々の受光素子を示す。

次に動作説明をする。まず、スポット光束２１：ｌを発
生する投光部２ａから発するスポット光束２ｂの光軸↑
と垂直になるよう〈配置されたプリント基板２Ｃの孔２
ｄに、前記スポット光束２ｂを照射する。そうすると、
前記スポット光束２ｂのうち、プリント基板２Ｃの孔２
ｄよシ漏れた光束２ｅが、レンズ２ｆによって４分割受
光素子ＡＮ、　４ｂ。

４Ｑ、ｔｉｄを持つ受光部２ｇにプリント基板２Ｃの孔
２ｄの像を作る。このような光学′系により、プリント
基板２Ｃの孔２ｄのずれと比例して受光部２ｇの４分割
受光素子ａａ、Ａ′ｂ、＋ＩＩＣ，ｄａの受光面上でも
光束がずれることになり、４分割受光素子ａａ、　　７
１１）、　　ｉｉｃ、　　４ｄの各々の出力も変化する
。この受光部′２ｇで受光した光束は、４分割受光素子
４ａ、４’ｂ、ｄａ、４ｄの各々の受光素子”Ｊ　　Ａ
ｂ、’　ｄａ、４ｄで同時に検知され、増幅回路２Ａ、
２Ｂ、２０，２Ｄで増幅され、アナログ・デジタル変換
器２Ｅでデジタル量に変換され、マイクロコンピュータ
２Ｆに取り込まれる。

マイクロコンピュータ２Ｆは後述するアルゴリズムに基
づいた変換式で補正量を演算し、その値を指令値として
サーボ駆動回路２Ｇに伝え、サーボモータ２Ｈ，２，７
を駆動し、Ｘ−Ｙテーブル２ｈに補正をかけて、電子部
品Ｐの挿入位置とプリント基板の孔中心位置とを一致さ
せる。これにより、電子部品自動挿入機は所定の電子部
品Ｐをプリント基板２Ｃの所定位置の孔に挿入すること
ができる。

第８図はマイクロコンピュータ２Ｆの処理動作を示すフ
ローチャートであり、以下このフローチャートについて
説明する。このフローチャートをステップ毎に説明する
と、まずステップ８−１では、マイクロコンピュータ２
Ｆよりアナログ−デジタル変換器２Ｅに変換開始信号を
出力し、この基板孔位ｆｉ２ｃｌでの基板孔位置補正を
開始する。

次に、ステップ８−２では、ステップ８−１でデジタル
変換された４個の各受光素子４＆、４１）。

４Ｑ、、ｆＬｄの出力データを取り込み、これをマイク
ロコンピュータ２Ｆ内のメモリ部Ｆ２に記憶する。ステ
ップ８−５ではステップ８−２と同じ基板孔位置での４
９の各受光素子ｎ２Ｌ、ａｂ、　　ａｃ。

４ｄの出力データを再度取り込み、メモリ部Ｆ２、　　
に記憶する。ステップ８−４ではステップ８−２゜８−
３で記憶したデータをメモリ部Ｆ２より読み出し、その
差の絶対値をマイクロコンピュータ２Ｆ内の演算部Ｆ１
で算出し−これが予め定めた　値Ｒ以下かどうかを判断
する。もし、閾値Ｒ以下ならばステップ８−５へ進み、
閾値Ｒより太きければ、ステップ８−１に戻夛、実行し
直す。ステップ８−５では一マイクロコンピュータ２Ｐ
内の演算部？１で、変換式 ％式％ に基づき、補正量を演算する。ステップ８−６では、ス
テップ８−５で求めたＸ、　　Ｙ両方向の補正量が前も
って設定しておいた収束完了範囲６以内であるかどうか
を判断する。もし、両方共範囲Ｂ以内であれば、ステッ
プ８−１１へ進み、片方でも範囲Ｂより外であれば、ス
テップ８−７へ進む。

ステップ８−７では、ステップ８−５で求めたＸ、　　
Ｙ両方向の補正量分だけ、マイクロコンピュータ２Ｆよ
りＸ−ＹテーブルのＸ、　　Ｙ両軸の各々のサーボモー
タの駆動回路２Ｇへ信号を出し、Ｘ−Ｙテーブル、即ち
、プリント基板２Ｃの孔２ｄへ補正をかげる。ステップ
８−８ではステップ８−７を補正回数１回と考え、補正
回数をカウントする。ステップ８−９では、この補正回
数が、前もって設定しである閑値Ｐ回以上であるか否か
を判断する。もし、闇値Ｐ以上であれば、ステップ８−
１０へ進み、悶値Ｐ未満ならば、ステップ８−１より実
行し直す。ステップ８−１０では、補正回数がＰ以上と
なった事で収束しないと判断し異常表示をＣＲＴ画面等
に行う。ステップ８−１１では、ステップ８−６で補正
量が範囲Ｂ以内に収まった場合、収束したと考え、基板
孔位置補正動作を完了する。ステップ８−１２では、収
束した時のデータをメモリ部Ｆ２から読み出す。ステッ
プ８−１３では、各受光素子ａａ、　　ａｂ、　　ｉｉ
Ｃ。

４ｄのデータをチェックし、異常条件を持っているかど
うか判断する。これは、各受光素子４ａ。

４ｂ、ＡＱ、ａｄが所定以上の大きさのデータを出力し
ているか否かによって判断できる。もし、異常条件を持
っていれば、ステップ８−１４へ進む。ステップ８−１
４では、同じ基板孔位置ずれ量の補正が完了した位置）
での４個の受光素子ｄａ。

４ｂ、ＡＱ、Ａｄのデータを取り込み、メモリ部Ｆ２に
記憶する。ステップ８−１５では、その取９込み直した
回数をカウントする。ステップ８−１６では、取り込み
直した回数が、閣値Ｑ回以上かどうか判断する。Ｑ回以
上であれば、ステップ８−１７で異常表示をＣＲＴ画面
等に出力し、そうでなければ、ステップ８−１３から実
行し直す。

ステップ８−１３において〜６受光素子４１Ｌ１Ａｂ、
　　４ｃ、４４が所定以上のデータを出力し、これらが
異常条件を備えていないと判断されると、ステップ８−
１８へ進む。ステップ８−１８では、ステップ８−１３
で正常なデータだと判断された４個の受光素子ｄＢ、、
　　Ａｂ、　　ｊ！Ｑ、　　４（Ｌのデータを演算部Ｆ
１で平均する。ステップ８−１９では、ステップ８−１
８で求めた平均値σをメモリ部Ｆ２に記憶する。ステッ
プ８−２０では、前回、定数Ａと収束完了範囲Ｂを設定
した時のデータの平均値σをメモ＋）ｍｖ２より読み出
す。ステップ８−２１では、平均値Ｃ′をメモリ部Ｆ２
より読み出し、変換式 ％式％（３） に基づき、演算部Ｆ１で２を求める。ステップ８−２２
では、平均値Ｃ°が平均値Ｃの±Ｘ％以内か、即ち、ス
テップ８−２１で求めた２が±Ｘ以内かを判断する。も
し、±Ｘ以内であればステップ８−２３へ、そうでなげ
ればステップ８−２４へ進む。ステップ８−２３は、ス
テップ８−２２で平均値Ｃ°が平均値Ｃの±Ｘ％以内だ
と判断し、投光部２ａの光源の照度変化が許容値以内で
あり、定数Ａと収束完了範囲Ｂはその１′！で良いこと
になる。ステップ８−２４では、平均値Ｃ′が平均値Ｏ
の±Ｘ％以外だった場合に、変換式 ％式％（４） に基づき、新しい定数と収束完了範囲を演算部Ｆ１で求
める。ステップ８−２５では、メモリ部Ｆ２に記録され
ている定数Ａと収束完了範囲Ｂを新しい定数Ｘと収束完
了範囲ゴに変更する。また、新し−い定数ｌと収束完了
範囲ゴを設定したこの基板孔位置での４個の受光素子デ
ータの平均値Ｃ°で平均値Ｃを変更する。

以上は制御が収束した時−即ち、基板孔位置補正が完了
した時の、各受光素子ＡｅＬ、Ａ１：Ｉ、　　ＡＱ。

４ｄのデータを取り込み、これを平均する。そして、こ
れを前回、定数Ａや収束完了範囲Ｂを設定した時の平均
値と比較し、定数Ａと収束完了範囲Ｂを投光ｉ２ａの光
源の寿命に伴う照度変化に対応して変更しようとするも
のである。この結果、光源の寿命に伴う照度変化に影響
を受けることなく、基板孔位置補正の精度を保持出来る
。

第３図は他の例を示しだものでちυ、挿入軸Ｓよジ４分
割受光素子２ｇを一定距離ｔ（オフセット量］だげ離し
て設置することで、電子部品リードピンの挿入、カット
、曲げなどの動作と干渉せず、４分割受光素子の取り付
け、取りはずしゃ調整を簡単にしたものであろ０尚、オ
フセット量りは、マイクロコンピュータ２Ｆでの補正量
演算の際に加えて演算し、補正をかけるようにする。

また、第４図に示すように４分割受光素子２ｇの受光素
子ｄａ、ａｂと受光素子ＡＱ、４４の境をＸ−Ｙテーブ
ルのＸ軸と平行に、かつ、受光素子Ａ’ｂ、４ｃと受光
素子４ｄ、Ａａの境をＹ軸と平行になるように４分割受
光素子を調整して設置することによって、所定のアルゴ
リズムに基づきマイクロコンピュータ２Ｆが補正量を演
算するので、各々の受光素子間の感度誤差を吸収し、装
置の信頼性を向上することができる。

また、受光側にレンズ２ｆを用いて受光するようにした
ことにより、第５図に示すように、プリント基板の微小
なずれを４分割受光素子２ｇの受光面上でも検知出来る
よ５になっており、プリント基板２Ｃの真近まで、受光
部２ｇを近づけなくてもプリント基板の孔２ｄのずれに
比例したずれ栄を検出できるのでＸ−Ｙテーブル下側の
スペースを拡〈取れる。

また、補正量に対するＸ方向成分の特性は第６肉に示す
ようになる（補正量−Ｙ方向成分特性のグラフも同様）
。そこで、リニアな部分６ａとそうでない部分６ｂで、
マイクロコンピュータ２Ｆでの演算式の定数を変えてや
るようにすれば、収束完了範囲Ｂまでの収束時間を短く
出光る。第９図にそのフローチャートを示す。この図に
おいて、第８図と同符号で示したステップは同様の処理
内容を有したものであう、その説明を省略する。すなわ
ち、この図において新たに追加されたステップは、ステ
ップｑ−１，９−２，９−３である。

ステップ９−１においてはＸ軸補正量に定数Ａを乗し、
ステップ９−２ではこの値の絶対値が予め定めた範囲内
であるか否かによって、ＩＪ　ニアな部分６ａＫ４るか
否かを判定する。そして、リニアな部分６ａにあると判
定された場合にはステップ８−５の処理へ進み、そつで
ない場合はステップ９−３へ進み、＋３エアでない部分
６ｂに対応した演算を実行する。

１だ、一般に収束完了範囲を小さくする程、補正に要す
る時間が長くなる傾向にあるが、マイクロコンピュータ
２Ｆで補正量を演算し、Ｘ−Ｙテーブル２ｈのサーボ系
（２Ｇ、　　２Ｈ，２Ｊ）に補正をかげているので、必
要な補正精度と挿入タクトのかね合いよりｅ適な収束完
了範囲を自由かつ面単に設定出来、マイクロコンピュー
タ２Ｆのプログラミングによす、電子部品自動挿入機の
持つ補正精度に関係する挿入率と挿入タクトの２つの評
価項目に対し、最適な制御を適応的に用いることが出来
ろ◇ 第７肉は本発明の他の実施例を示したものであり、８Ａ
は、スポット光束２）を発する投光像ａの光源の電源電
圧制御回路である。前記したものは光源の照度変化の影
響に対応するため、定数Ａと収束完了範囲Ｂを変更する
場合について説明したが、これは光源の電源電圧を制御
することで一定の照度を保持し、一定の定数と収束完了
範囲で対応しようとするものである。すなわち、基板孔
位置補正が完了した位置での各受光素子４ａ、　４ｂ。

４Ｑ、ａｄのデータ平均値を、定数Ａと収束完了範囲Ｂ
を設定した時の平均値と比較し、これにより光源の電源
電圧を制御し、光源の照度を一定に保持するよ５にした
ものである。第１０図にその７０−チヤー′トを示す。

ステップ８−２２までま第８図に示したものと同様であ
るので説明を省略する。ステップ１０−１では、ステッ
プ８−２２で平均値Ｃが平均値Ｃの±Ｘ％以内なので許
容範囲内に収まっていると判断して、光源の電源電圧は
そのままとする。ステップ１０−２ではステップ８−２
５で平均値Ｃが平均値Ｃの±Ｘ％以外だったので許容範
囲外だとして、光源の電源電圧を一定擾ずつ制御する。

そして、ステップ１ｏ−３で再度缶受光素子ａ’ａ、　
　４１３，４ｃ、　　ａ（１のデータを取り込み、ステ
ップ８−１８より実行を繰り返し、基板孔位置補正が完
了した位置での現在の各受光素子４ａ、４ｂ、４Ｑ、ｄ
ｄのデータの平均値Ｃ゛が定数Ａと収束完了範囲Ｂを設
定した時の平均値Ｏの±Ｘ％以内に収束するようにした
ものである。

第１１囚は本発明の更に他の実施例を示したものでらり
、装置構成は第７図と同様である。これは第８図と第１
０図に示したもののそれぞれの特徴を生かしたものであ
る。すなわち、一般的に光源の照度が落ち過ぎると、外
乱光等によるノイズの影響を受けやすくなり、精度的に
問題となる場合が考えられる。そこで、この実施例にお
いては、光源の照度変化を基板孔位置補正完了時の各受
光素子４ａ、＋１１）、４Ｑ、Ａｄのデータの平均値の
変化としとらえ、光源の照度変化に対応して定数と収束
完了範囲の値を変更する。しかし、照度が任意の閾値以
下になった場合には、光源の電源電圧制御回路８Ａで任
意の開催以上式照度を上げて、外乱光等のノイズにも影
響されないようにしたものである。第１１図において、
第１０−と相異する点はステップ１１−１にある。ステ
ップ８−１８では基板孔位置補正完了時の各受光素子の
データがステップ８−１３で異常はないと判断された場
合、各受光素子のデータを平均する。ステップ８−１９
は、その平均値じをメモリ部Ｐ２に記憶する。そして、
ステップ１１−１で現時点での各受光素子のデータの平
均値Ｃ゛が、任意の閾値７以上か否かを判断する。もし
、これが７以上ならば、ステップ８−２０へ進み、もし
１未満ならば、ステップ１２−２に進む。

ステップ８−２０以降は第８図のフローチャートと同じ
であり・、またステップ１１−２以降も第１１図のフロ
ーチャートと同じであるので説明を省略する。

この様に照度変化に対応して定数Ａと収束完了範囲Ｂを
変更するものと、照度変化に対し光源の電源電圧を制御
し、照度を許容範囲内に収めるものとを併用することに
よって、自動的に光源の寿以上、実施例のよ５に構成子
れば、光学系の光源の照度の減衰に伴なう照度変化に影
響を受けることなく基板孔位置補正の精度を保持できる
。すなわち、より長期間に渡って初期の精度を維持でき
るため、定期検査の期間を大幅く長くでき、極めて秤済
的となる。

なお、実施例においては、制御の主要部をマイクロコン
ピュータで構成した場合について説明したが、これは同
様の機能を達成するものであれば他のものであってもよ
いことは明らかである。

また、実施例においては、定数Ａ、収束完了範囲Ｂ、あ
るいは投光部光源の電源電圧の調整等の要否判定を毎回
実行する場合について説明したカζこの毎回実行は必須
ではなく、間欠的に実行するものであってもよく、また
モード設定操作によって実行するよう圧してもよい。

更に、実施例は電子部品の挿入装置を例に取って説明し
たが、本発明はこれらのものに限定されるものではなく
、孔の中心位置を検出するという広い分野に渡ってその
適用は可能でらる０〔発明の効果〕 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、より
長期的　渡って初期の精度を維持できる孔の中心位置検
出装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は光学系を利用した孔の中心位置検出装置の概略
を示す融、第２図は本発明の一実施例を示す全体構成図
、第３図は挿入軸と受光部との関係内、第４図は受光部
とＸＹテーブルとの関係を示す図、第５陶は基板孔のず
れと受光部面上でのずれの関係を示す図、第６図は補正
量とＸ方向成分との特性図、第７図は本発明の他の実施
例を示す図、第８図は不発明の一実施例を示すフローチ
ャニド、＠９ｒ！ＸＪは本発明の他の実施例を示すフロ
ーチャート、第１０囚、第１１内は本発明の更に他の実
施例を示すフローチャートである。 ２ａ：投光部、２ｇ二二元光、２ｃ：被検出部材、２Ｈ
，２Ｊ：サーボモータ、２Ｆ二マイクロコンピユータ、
７ｔ；演算部、Ｆ′２：記憶部、Ｆ′３＄Ｉ　図 ７　　　　　　ｓ ネ　５　図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、投光部と、この投光部より投光された光束を受光す
   る４分割受光素子で構成した受光部と、前記光束の経路
   途中に当該光束に対し相対的に移動可能に配置され、当
   該光束を通過する透孔を有する被検出部材と、前記受光
   部からの出力に応じ前記光束と前記被検出部材との位置
   を相対的に移動制御する移動制御手段とを備えたものに
   おいて、正常状態時における前記受光部の状態データを
   記憶する基準データ記憶部と、検出した現在の前記受光
   部の出力データと前記基準データとを比較する比較手段
   と、当該比較手段の比較結果が予め定めた範囲を越えた
   か否かを判定する判定手段と、当該判定手段の判定結果
   に応じ孔の中心位置検出条件を変更する条件変更手段と
   を具備したことを特徴とする孔の中心位置検出装置。 ２、条件変更手段は孔の中心位置検出に必要な変数を変
   更するものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の孔の中心位置検出装置。 ３、条件変更手段は投光部に供給される電源の電圧を変
   更するものであることを特徴とする特許請求の範囲第１
   項記載の孔の中心位置検出装置。 ４、条件変更手段は孔の中心位置検出に必要な変数と、
   投光部に供給される電源の電圧とを変更するものである
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の孔の中心
   位置検出装置。 ５、基準データは４分割受光素子の各受光素子の出力デ
   ータであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の孔の中心位置検出装置。 ６、基準データは４分割受光素子の各受光素子の出力デ
   ータを平均したものであることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載の孔の中心位置検出装置。 ７、基準データは検出された現在のデータで更新される
   ものであることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の孔の中心位置検出装置。