(57)【要約】部品（３０３、３０４）を整列させるよう設計された光学位置整列センサ（２００）における不要なきらめき光（６、３０２）を低減するための方法および装置である。コリメート光が部品（３０３、３０４）に照射される。部品（３０３、３０４）の後方に配置されたフィルタ（３０６）は、部品（３０３、３０４）から発生するきらめき光（６、３０２）を阻止するのに用いられる。また、フィルタ（３０６）は部品（３０３、３０４）の面の軸まわりに回転することにより調整可能である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
位置整列センサにおけるきらめき光（glint）を制御する方法であって、
部品に向けられたコリメート光線を提供するステップと、
前記光線の一部が部品から反射してきらめき光を発生するが、部品が光線を遮蔽してその輪郭射影を投影できるように前記光線を部品に投射するステップと、
前記きらめき光を除去するフィルタに前記光線を通過させるステップと、
フィルタの角度阻止率を調節するため部品の平面における軸まわりにフィルタを回転させるステップと、
前記射影を検出できるように、フィルタの後方に検出器を配置するステップからなるきらめき光制御方法。
【請求項２】
前記検出器を配置するステップが、前記光線の方向にほぼ垂直に検出器を配置する請求項１記載の方法。
【請求項３】
さらに、前記射影輪郭を表す先端部が示されるまで、部品をその中央軸まわりに回転させるステップからなる請求項１記載の方法。
【請求項４】
さらに、前記光に照射される追加の部品を整列させるステップからなる請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記照射ステップが部品の近辺にほぼ平行な光線を照射する請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記検出器を位置決めするステップが、光線の方向にほぼ垂直に前記フィルタを位置決めする請求項１記載の方法。
【請求項７】
位置整列センサにおけるきらめき光を低減する方法であって、
その光線の少なくとも一部分が部品で反射してきらめき光を発生するが、部品がその光線の別の部分を遮蔽して少なくとも１個の部品の輪郭射影を投影できるよう、少なくとも１個の部品に光源からの光線を照射するステップと、
部品面の軸まわりにフィルタを回転させてフィルタを位置調整するステップと、
前記きらめき光を阻止できるよう前記光線をフィルタに導くステップからなるきらめき光削減方法。
【請求項８】
さらに、前記射影の画像が形成される前に前記光線をコリメートするステップからなる請求項７記載の方法。
【請求項９】
さらに、前記射影の画像が形成された後に前記光線をコリメートするステップからなる請求項７記載の方法。
【請求項１０】
さらに、前記光線を検出する検出器を配置するステップからなる請求項７記載の方法。
【請求項１１】
さらに、前記射影輪郭を表す先端部が示されるまで、部品をその中央軸まわりに回転させるステップからなる請求項７記載の方法。
【請求項１２】
前記フィルタが前記光線にほぼ垂直な面上に配置された請求項７記載の方法。
【請求項１３】
前記フィルタが前記光線にほぼ垂直な面に対して角度をもって配置された請求項７記載の方法。
【請求項１４】
位置整列センサであって、
少なくとも１個の部品を受容できるようにされたハウジング部と、
一部が部品で反射してきらめき光を発生するが、光が部品で遮蔽されて射影画像を形成するように、各部品の中央軸にほぼ垂直に指向された光を少なくとも１個の部品に照射できるよう配置された光源と、
前記光を受光し、きらめき光を阻止しつつ前記光を通過させる回転可能なフィルタと、
前記フィルタの後方に配置された検出器からなる位置整列センサ。
【請求項１５】
さらに、前記少なくとも１個の部品の前方に配置された光をコリメートする光学系を含む請求項１４記載の位置整列センサ。
【請求項１６】
さらに、前記少なくとも１個の部品の後方に配置された光をコリメートする光学系を含む請求項１４記載の位置整列センサ。
【請求項１７】
前記調節可能なフィルタが部品の平面の軸まわりに回転可能である請求項１４記載の位置整列センサ。
【請求項１８】
前記光源が部品の近辺でほぼ平行な光線を提供する請求項１４記載の位置配列センサ。
【請求項１９】
少なくとも２個の部品を整列させるよう設定された位置整列センサであって、
部品の一部分で反射してきらめき光を発生するが、その入射光が部品で遮蔽されてそれぞれの射影画像を形成できるように各部品の中央軸にほぼ垂直に指向された光線を少なくとも２個の部品に照射するための照射源と、
前記射影の画像ときらめき光を受光して、焦点に集光できるような集光路へ射影画像ときらめき光を再度導く光学系と、
きらめき光が射影画像のどの部分とも重ならないように、異なる部位で前記射影画像ときらめき光を受光するための前記焦点から所定距離だけ離れて配置された検出器からなる位置整列センサ。
【請求項２０】
前記検出器が前記焦点の前方に配置された請求項１９記載の位置整列センサ。
【請求項２１】
前記検出器が前記焦点の後方に配置された請求項１９記載の位置整列センサ。
【請求項２２】
前記照射源がほぼ点光源である請求項１９記載の位置整列センサ。
【請求項２３】
少なくとも２個の部品を整列させる方法であって、
部品の一部分からの反射によるきらめき光も発生させるが、部品の射影画像を形成するように、少なくとも２個の部品に光を照射するステップと、
前記射影画像ときらめき光とを焦点で集光する集光路へ再び導光できるように、射影画像ときらめき光を収斂光学系に通過させるステップと、
前記焦点から所定距離だけ離れて配置された検出器上で集光射影画像を検出するステップからなる部品整列方法。
【請求項２４】
前記検出器が前記焦点の前方に配置された請求項２３記載の部品整列方法。
【請求項２５】
前記検出器が前記焦点の後方に配置された請求項２３記載の部品整列方法。
【請求項２６】
少なくとも２個の部品を整列させる位置配列センサにおいてきらめき光を低減する方法であって、
少なくとも光の一部が部品で反射して大きな角度のきらめき光を発生するが、光の一部が少なくとも２個の部品に遮蔽されてそれぞれの射影画像を形成するように、光源面に配置された光源から部品面に配置された少なくとも２個の部品に光を照射するステップと、
共通の焦点に収束された各部品の収束射影画像を形成できるように前記大きな角度のきらめき光と共に前記射影画像を収斂光学系を通過させるステップと、
前記共通焦点に位置し、かつ、前記大きな角度のきらめき光を阻止できるサイズをもつ開孔の開口部に前記光を通過させるステップと、
部品の画像面から所定距離だけ離れて配置された検出器上で前記射影画像を検出するステップからなるきらめき光低減方法。
【請求項２７】
前記検出器が前記部品の画像面の前方に配置された請求項２６記載の方法。
【請求項２８】
前記検出器が前記部品の画像面の後方に配置された請求項２６記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品実装分野で使用される、電子部品を整列させるための光学位置合わせセンサに関する。この電子部品実装分野で使われる形式の装置は、一般的にピック／プレイス装置と呼ばれる。
【背景技術】
【０００２】
光学センサの分野における電子射影技術において、現在ではプリント回路基板に部品を実装するためのピック／プレイス装置が広く利用されている。そのような従来式の位置決めセンサの１つが、ミネソタ州ゴールデンバレイ（Golden Vally, Minnesota）のサイバーオプティクス  コーポレーション（CyberOptics Corporation）で製造されており、レーザアライン（LaserAlign：登録商標）部品整列センサという商品名で販売されている。このセンサは一筋の光線に集束される光源を備えており、光線が電子部品の側面に入射して、検出器に投影される部品射影を作成する。電子部品が（ピック／プレイス装置のｘ軸、ｙ軸、ｚ軸方向に制御されるノズルにより）回転するとき、その検出器上での射影の幅が変動する。
【０００３】
よって、一般的には、ピック／プレイス装置が実装する部品を目標の回路基板へ搬送する間に方向決め処理が行われる。方向決め処理は部品の搬送と同時に行われるため、時には「オンヘッド」または「オンザフライ」処理と呼ばれる。反対に、センサがピック／プレイス装置のヘッド部に固定されていないが、ヘッド部に対して固定位置にある場合には、「オフヘッド」処理が行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、現在の技術では、きらめき光に起因するエラーを発生し易い。エラーが発生する原因は、部品の一部に入射する光線が反射され検出器に入るからである。その結果、データ欠陥や検出ミスが発生する。そのような従来技術で言及されていない問題の１つとして、大小両方の角度をもつ不要なきらめき光（反射など）による各部品の正確な指向の妨害を防止できるように、少なくとも２個の部品を配列させるための位置整列センサがある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
そこで、部品を整列させる位置整列センサにおけるきらめき光を制御する方法を提供する。その方法は部品に向けて光線を照射するステップを備える。部品により光線が遮蔽されて、その部品の輪郭の射影が投影される。同時に、光線の一部分は部品から反射してきらめき光を発生する。次に、光線をフィルタに通す。フィルタにより、きらめき光が除去される。フィルタの除去能力は、部品面の軸まわりにフィルタを回転させて調整する。フィルタの後方に検出器が配置されており、部品の射影を検出する。そのようなフィルタは誘電被膜により実現できる。
【０００６】
本発明の別の実施例として、部品を整列させるための位置整列センサがある。センサには、少なくとも１個の部品を受容するハウジングが含まれる。また、部品に光を照射するための光源が光源面に設置される。さらに、光が各部品の中央軸にほぼ垂直に指向されるため、その部品により光が遮蔽されて部品の射影画像が形成される。きらめき光は部品から反射されて生ずる。光はフィルタに入射されて透過されるが、きらめき光は阻止される。なお、フィルタは部品面の軸まわりに回転することにより調整可能である。検出器はフィルタの後方に配置される。
【０００７】
本発明のさらに別の実施例では、少なくとも２個の部品を配列する光学位置整列センサおよびその方法により、２種類（大小両方の角度）の不要なきらめき光を効果的に除去できる。方法については、複数の光線を部品に照射するステップが備わっており、各部品の中央軸にほぼ垂直に光線を照射して、部品の輪郭の射影が投影される。光線の一部分は各部品で反射して大きな角度のきらめき光を発生するが、それが本発明により低減できる第１きらめき光である。続いて、光線を収斂光学系に入射させて、前記２つの射影を焦点に集光するステップを備えるが、その光学系により射影の画像が焦点の後方に配置された部品面上に収束形成される。およその焦点位置には開孔が設けられており、開孔の開口部により大きな角度のきらめき光以外の光線を通過させることができる。つまり、それら収斂光学系と開孔の組み合わせにより、大きな角度のきらめき光が検出器に達するのを防止できる。検出器は、光学系面に平行、かつ、部品面の前方に配置されており、射影の未収束画像が検出器上に投影される。ここで、射影画像からきらめき光を区別するために、その区域での光強度や形状を弁別するためのソフトウェアが別途に必要となる。部品面の前方に検出器を配置することにより、本発明のいう小さな角度のきらめき光の影響を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明が解決するきらめき光（glint）の問題を示す。本発明の実施例は、きらめき光が発生する典型的な状態を詳細に説明しつつ、２個またはそれ以上の数の部品に関係して説明する。しかしながら、本発明の実施例が１個のみを配置させるためのきらめき光低減にも適用可能なことを当業者に理解するであろう。図１に示すのは、２個の部品１と２に入射する光線の光源４である。各部品は、ピック／プレイス装置（図示しない）のノズル（図示しない）により、センサの所定位置に保持される。図では、光線の一部分が部品２の端部で反射して、不必要なきらめき光６を生ずる。部品１と２は、ＣＣＤ検出器１２の面にそれぞれの射影８と１０が投影される。検出器１２の出力は電子回路（図示しない）に送られ、検出器１２に投影された射影の端部が検出され、ピック／プレイス装置動作用のモータ制御回路へ信号が送られる。そのとき、部品１の射影が投影された検出器の一部にきらめき光も入力されるため、検出器１２で検出される部品１の光にエラーとして付加される。きらめき光が検出器１２に投影された射影の輪郭部に存在すると、センサの電子回路は射影の輪郭部の判断を誤る恐れがあり、結果として、部品１の相対位置の判断が不正確になる。
【０００９】
図２に番号２０１で示すのはマルチノズル式のピック／プレイス装置であって、作業域までプリント回路基板２０２を搬送するためのコンベア装置（図示しない）を備える。ピック／プレイス装置２０１には、真空吸引ヘッド２０６をｘ方向とｙ方向とに独立して移動させるためのｘｙモータ駆動装置２０４も備わっている。ヘッド２０６に取り付けられた複数の吸引ノズル２０８、２１０、２１２は、３個の部品をそれぞれ別個に脱着可能に保持できる。ヘッド２０６がトレイ（図示しない）から３個の部品の各々をピックアップした後、ヘッドがＰＣ基板２０２へ部品を搬送する間に、本発明のマルチノズル式整列センサ２００により部品のｘｙ方向とシータ方向が検出される。
【００１０】
ヘッド２０６が部品をＰＣ基板２０２まで搬送している間に、センサ２００により部品のｘｙ方向とシータ方向の位置が検出されるため、ピック／プレイス装置２０１はオンヘッド式のピック／プレイス装置である。ただし、本発明の方法や装置には、オフヘッド式、タレット式、あるいは、ｘ方向またはｙ方向にヘッドを移動させるために異なるガントリ装置を備えるピック／プレイス装置など、その他の別の形式のピック／プレイス装置も適用可能である。
【００１１】
図３に示すのは本発明の実施例によるセンサ３００であって、コリメートレンズ３０１とフィルタ３０６の組み合わせによりきらめき光３０２を遮断する。本発明のセンサ３００は、図３に示すように、どの形式のピック／プレイス装置にも取り付けることができる。本発明の実施例では、コリメートレンズ３０１が光源３０８と部品３０３、３０４との間に配置される。フィルタ３０６は、部品３０３、３０４と検出器３１０との間に配置される。光源３０８から光線がコリメートレンズ３０１に入射する。次に、コリメート光は、部品３０３と３０４とに照射される。不必要なきらめき光３０２が部品３０４から反射されるが、フィルタ３０６により阻止される。フィルタ３０６は、コリメート光を透過させるが、コリメート光から所定角度ずれた光を阻止する。好ましくは、所望の波長の選択特性をもたせられるように、フィルタ３０６は層状の誘電材で構成されるのが望ましい。
【００１２】
また、フィルタ３０６は、軸Ａ−Ａにそって矢印方向３０７に回転可能である。つまり、フィルタ３０６の回転は、部品３０３、３０４の面内の軸まわりに行われる。フィルタ３０６の回転により、阻止すべききらめき角度を微細に調節することが可能となる。
【００１３】
部品３０３、３０４の投影されたそれぞれの射影３１２、３１４は、エッジ検出電子回路３２０で検出される。図におけるフィルタ３０６は部品面にほぼ平行であるが、コリメート光に対して斜め角度の光を阻止できるなら、ある程度の角度がついていても構わない。別の例として、複数のフィルタの利用も可能である。また、コリメートレンズ３０１以外に別の光コリメート手段を備えることもできる。さらに図３には、モータ駆動回路３２４を制御する位置及び方向計算回路３２２が、ピック／プレイス装置の機能として図示される。要素３２０、３２２、および３２４は、別々に準備してもよいし、あるいは、１つの回路として構成することもでき、複数のアナログ／デジタル部品やそれらの組み合わせにより実現可能である。
【００１４】
図３の実施例の重要な一変更例として、部品３０３、３０４とフィルタ３０６との間に、光学系３０１を挿入しても構わない。その場合、光源３０８からの光は、部品３０３、３０４の射影画像が形成された後に、コリメート光に変えられる。
【００１５】
図４は、本発明の特徴を実行する１つの実施例によるセンサ４００の断面図、図５は、その斜視図である。
【００１６】
図４のセンサ４００は、それらの個々の端部に部品４０４を吸引できる複数のノズル４０２を受容できる構成にされている。光源であるレーザダイオード４０６からの光４０８は、まず、センサ４００のハウジング４１２の内部に配置された平面鏡４１０で反射する。該平面鏡４１０は、光を第２のミラー４１４に指向し、該ミラー４１４は図示のように再び指向する。そのとき、ｚ方向に幅狭化されてリボン（ストライプ）光線４１６となる。該ストライプ４１６は円筒コリメートレンズ４１８に送られて、ｘｙ平面にほぼ平行な光線となる。リボン光線４１６は窓部４２０を通過して、室内に入り、部品４０４の端面に入射する。部品４０４に遮断されない光は、ハウジング４１２のもう一方の窓部４２２を通過する。そして、該光はフィルタ４２３に入射する。前述の実施例と同様に、フィルタ４２３は、コリメート光に所定角度ずれた光を阻止するが、コリメート光は通過させて線形検出器４２４へ入射するようにする。フィルタ４２３も、矢印３０７で示すように軸Ａ−Ａのまわりで回転して調節可能である。本発明では経済的理由から線形検出器４２４を採用するが、その他の適切なエリアアレイで代替してもよい。
【００１７】
図６は、配置する部品の位置や方向を決定するための、本発明の実施例による装置の上面図である。装置５００には、本明細書の図５で説明した前述の実施例と同じ多くの部品が含まれており、同じ部品は同じ番号で示される。図５の実施例と図６の実施例との違いは、検出器３０８が部品の像平面の前方に配置されていることである。射影中にきらめき光が存在しても、ブロック２２０で示すソフトウェアと電子回路により、部品１と２の射影から形成される光域と、きらめき光２１０との違いが、それぞれの光強度の差や強度差を示す範囲の形状に基づいて判断できる。この構成の結果、射影からきらめき光を区別するための追加コードが必要となるが、図５に示す前述の実施例よりもコンパクトな形状のセンサを実現できる。
【００１８】
本発明の説明では複数の実施例を例示するが、いずれもハウジングは１つである。実際には、本発明の方法を実施するにあたって、光源用のハウジングを別途に用意するなど、複数のハウジングで構成する方が都合よい。
【００１９】
また、前述した全部の部品を整列させるセンサは、１個の光源しか装備していないが、本発明の方法や装置はそれに制限されるものではなく、複数の光源を備えた実施例も可能なことは当然ながら理解できよう。例えば、図６に示す点光源は、等価な非点光源と光学部品とで代替することができる。さらに、本発明は、センサ室内における部品の相対移動や配置に関係なく実施可能なのも理解できよう。言い換えれば、本発明を実施する際、それぞれ相対配備された所望する数のノズルを回転させても構わない。さらにまた、本発明の前述の説明ではレンズを使っているが、曲面ミラーなどの同様の光学部品を利用して実施することも可能である。例えば、前述の実施例で説明した光学系を、ほぼ同じ機能を備えた別の光学部品の組み合わせにより代替してもよい。本発明の前述の説明では、判断基準に射影の幅を採用するが、きらめきの影響を受ける少なくとも２個の部品の射影端部位置から判断することもできる。さらにまた、前述の説明で使う「光」という用語には、不可視光線も含まれる。上記では本発明による好適実施例を説明したが、本発明の精神や範囲を逸脱することなく様々な変更例が可能なのも当業者には理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】光源、２個の部品、各部品から反射したきらめき光の検出器を示す図である。
【図２】本発明のセンサを含むピック／プレイス装置を示す図である。
【図３】光源、コリメート光学系、２個の部品、フィルタ、および検出器を含む本発明の一実施例を示す図である。
【図４】ピック／プレイス装置内の搭載に適したセンサハウジング体における、本発明の一実施例を示す図である。
【図５】図４の実施例の斜視図である。
【図６】光源、２個の部品、収斂光学系、開口、コリメート光学系、および検出器を含み、検出器の面が部品の射影画像の前方に配置された本発明の別の実施例を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
３００……センサ
３０１……コリメートレンズ
３０２……きらめき光
３０３、３０４……部品
３０６……フィルタ
３０８……光源
３１０……検出器
３１２……部品３０３の射影
３１４……部品３０４の射影
３２０……エッジ検出電子回路
３２２……位置及び方向計算回路
３２４……モータ駆動回路
【図３】
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【図６】
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【国際公開パンフレット】
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2005503569.tif 000013
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2005503569.tif 000022
2005503569.tif 000023
2005503569.tif 000024
2005503569.tif 000025
2005503569.tif 000026
【国際調査報告】
2005503569.tif 000027
2005503569.tif 000028