(57)【要約】【課題】吸着ノズル等で保持された電子部品を三次元測定する際、該部品が水平方向から傾斜して保持されている場合でも、短時間で確実に測定できるようにする。【解決手段】保持手段により保持された電子部品に、ライン光を投光した際の光切断線を撮像し、得られる画像データに基づいて、該電子部品の平坦度を測定する電子部品の三次元測定方法において、保持される電子部品の存在予想範囲を越えて、ライン光の走査範囲を設定すると共に、電子部品Ｐを前記保持手段に保持した後、前記走査範囲内で、ライン光を走査しながら、所定のピッチ１〜１０で間欠的に投光し、各ピッチ毎に撮像した画像から予め測定位置を決定し、決定された測定位置（２）、（９）に、ライン光を位置決めして投光した際の光切断線を撮像する。【選択図】図１０
2008021706.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
保持手段により保持された電子部品に、ライン光を投光した際の光切断線を撮像し、得られる画像データに基づいて、該電子部品の平坦度を測定する電子部品の三次元測定方法において、
保持される電子部品の存在予想範囲を越えて、ライン光の走査範囲を設定すると共に、
電子部品を前記保持手段に保持した後、前記走査範囲内で、ライン光を走査しながら、所定のピッチで間欠的に投光し、各ピッチ毎に撮像した画像から予め測定位置を決定し、
決定された測定位置に、ライン光を位置決めして投光した際の光切断線を撮像することを特徴とする電子部品の三次元測定方法。
【請求項２】
前記測定位置の決定を、正常保持部品に想定される正規測定位置での撮像に失敗した場合に行なうことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の三次元測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子部品の三次元測定方法、特にプリント基板又は液晶やディスプレイ基板等の基板に自動的に実装する電子部品実装装置に適用して好適な、電子部品の三次元測定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるＱＦＰやＳＯＰ等の電子部品を、三次元測定した後に基板に実装する電子部品実装装置としては、例えば特許文献１に開示されている。
【０００３】
この実装装置が備えている三次元測定装置は、その概要を図１に示すように、ＬＥＤ照明光源１３１により吸着ノズル１１７に保持されている電子部品１３０を照明し、該電子部品１３０の下方に配したＣＣＤカメラ１２６で撮像して位置決めのための二次元データを取得するようになっている。
【０００４】
その後、この二次元データから電子部品１３０の吸着角度を補正した後、レーザダイオード１２１を点灯し、コリメートレンズ１２２及びフォーカスレンズ１２３を通過させたスポット光を投光ミラー１２４で反射させることにより、ラインジェネレータレンズ１２５により、電子部品１３０の端子部１３０Ａにライン光１２５Ａを、下方斜め４５°より投光する。
【０００５】
更に、リニアモータ１２８により投光ユニット１２７を、図中左右方向に移動させて上記電子部品１３０をライン光で走査する。このライン光１２５Ａの投光像を、前記ＣＣＤカメラ１２６で撮像し、ライン光による光切断線から各端子の高さデータを取得し、端子部１３０Ａの平坦度を検査している。この平坦度が適正であれば、位置決めデータに基づいて電子部品１３０を基板上に搭載する。
【０００６】
【特許文献１】特開２００１−６０８００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、前記特許文献１に開示されている三次元測定装置では、電子部品の高さ計測（三次元測定）を、図１に示されているように斜め下方からライン光を電子部品へ照射し、その乱反射光の一部（カメラに届く光）を用いて、端子の高さデータを取得しているため、この方式では検査対象となる電子部品の検査箇所での姿勢が水平方向から傾いていた場合等には、ライン光が測定対象の端子部分に照射されないことが起こるため、測定が不可能になることがあり、その場合にはライン光照射位置を少しずつずらしながら、走査と撮像を複数回行ない、ライン光が照射可能な位置になるまでその操作を繰返し行なう必要があるため、測定時間が非常に長くなるという問題があった。
【０００８】
本発明は、前記従来の問題点を解決するべくなされたもので、吸着ノズル等で保持された電子部品を三次元測定する際、該電子部品が水平方向から傾いて保持されている場合でも、短時間で測定することができる電子部品の三次元測定方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、保持手段により保持された電子部品に、ライン光を投光した際の光切断線を撮像し、得られる画像データに基づいて、該電子部品の平坦度を測定する電子部品の三次元測定方法において、保持される電子部品の存在予想範囲を越えて、ライン光の走査範囲を設定すると共に、電子部品を前記保持手段に保持した後、前記走査範囲内で、ライン光を走査しながら、所定のピッチで間欠的に投光し、各ピッチ毎に撮像した画像から予め測定位置を決定し、決定された測定位置に、ライン光を位置決めして投光した際の光切断線を撮像することにより、前記課題を解決したものである。
【００１０】
本発明は、又、前記測定位置の決定を、正常保持部品に想定される正規測定位置での撮像に失敗した場合に行なうようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、測定位置を予め確認し決定した後に、三次元測定を開始できるようにしたため、電子部品が傾いて保持されていたとしても測定位置が見つかるまで走査と撮像を繰り返す必要は無くなることから、正常保持されていない電子部品の測定に要する時間を大幅に短縮することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１３】
図２は、本発明に係る一実施形態に使用される電子部品実装装置の概観を示す斜視図である。
【００１４】
この電子部品実装装置は、基台１の中央部にはＸ方向に搬送路２が配設されている。この搬送路２は、基板保持部を兼ねており、基板３をＸ方向に搬送すると共に、搬送路２上の所定位置に基板３を保持し、位置決めする。
【００１５】
又、この搬送路２の両側には、電子部品の供給部４が配置され、それぞれの供給部４には多数台のパーツフィーダ５が並設されている。各パーツフィーダ５は、電子部品を収納・保持しているテープをその長さ方向に送ることにより、該電子部品を順次供給するようになっている。
【００１６】
又、Ｘ軸テーブル６には、電子部品の移載ヘッド７が装着されていると共に、該Ｘ軸テーブル６は、対向して並設されたＹ軸テーブル８Ａ及び８Ｂに、両端部が支持され架設されている。これらＸ軸テーブル６及びＹ軸テーブル８Ａ、８Ｂを駆動することにより移載ヘッド７が水平方向に移動され、その下端部に装着されている、後述する図３に示す吸着ノズル１０によりパーツフィーダ５の部品吸着位置から電子部品をピックアップし、基板３上に移載する。
【００１７】
前記Ｘ軸テーブル６及びＹ軸テーブル８Ａ、８ＢからなるＸＹ方向駆動手段により移載ヘッド７が移動される、搬送路２と供給部４との間の移動経路の下方には、ＣＣＤカメラ等からなる部品認識カメラ９が配設され、該カメラ９により移載ヘッド７や吸着ノズル１０が下方から撮像されるようになっている。
【００１８】
そして、この移載ヘッド７に保持されている電子部品を、カメラ９で撮像することにより、電子部品の識別や位置ずれの検出が行なわれる。又、カメラ９の近傍には、電子部品の端子部の平坦度を検査する三次元測定装置１４が配設されている。この三次元測定装置１４については、後に詳述する。
【００１９】
前記移載ヘッド７には、図３に拡大して示すように複数のノズルシャフト１１がそれぞれθ軸モータ１２に取り付けられ、各ノズルシャフト１１は独立にθ方向に回転駆動可能になっている。又、移載ヘッド７には、各ノズルシャフト１１に対応するＺ軸モータ１３が設置され、各ノズルシャフト１１が独立に昇降動作が可能になっている。又、各ノズルシャフト１１の先端には、吸着ノズル１０が着脱自在に装着され、吸着ノズル１０の先端には、エアを吸引して電子部品を保持するための吸着孔が設けられている。
【００２０】
前記三次元測定装置１４は、図４にその側面から見た概要を示すように、レーザダイオード１５からのレーザ光が、コリメートレンズ１６とフォーカスレンズ１７を介して投光ミラー１８に入射されると、その反射光がラインジェネレータレンズ１９によりライン光として吸着ノズル１０に保持されている電子部品Ｐに照射（投光）されるようになっている。又、吸着ノズル１０に保持されている部品Ｐの下方には、撮像ミラー２０が、該撮像ミラー２０の反射方向には撮像カメラ２１がそれぞれ配設されている。
【００２１】
又、フォーカスレンズ１７と投光ミラー１８とラインジェネレータレンズ１９が一体的に内蔵されている投光ユニット２６は、リニアアクチュエータ２２に直結されており、水平方向に正常に保持された電子部品Ｐの下面に平行（図中、両矢印方向）に、且つ、図５の要部上面図にイメージを示すように、照射されたライン光Ｌの先端の照射ラインに対して直交する方向に、駆動自在になっている。
【００２２】
なお、本実施形態に適用される三次元測定装置１４は、投光ミラー１８によるレーザ光の反射方向が９０°異なっており、それに反応した構造になっている以外は、基本的な構成が前記図１に示したものと実質的に同一である。従って三次元測定の原理も実質同一である。
【００２３】
次に、以上の構成における本実施形態の三次元測定の動作を、図６に示すフローチャートに従って説明する。
【００２４】
まず、前記図２に示した搬送路２上に基板３が搬入され、位置決めされると（ステップ１、２）、移載ヘッド７は電子部品をピックアップするために、ノズルシャフト１１の先端に装着されている吸着ノズル１０を供給部４上へ移動させる（ステップ３）。
【００２５】
移載ヘッド７が部品吸着位置へ整定後、Ｚ軸モータ１３の駆動によりノズルシャフト１１を下降させると、その先端の吸着ノズル１０が部品吸着高さまで下降し、パーツフィーダ５に納められている電子部品と当接する直前に、図示しない真空発生装置を作動させ、ノズルシャフト１１の管路内を負圧とすることにより、該吸着ノズル１０の先端に当接した電子部品を吸着する（ステップ４）。
【００２６】
その後、吸着された電子部品の吸着位置及び角度の認識を行なうため、実装装置本体に設けられている部品認識カメラ９上へ移動し（ステップ５）、吸着部品の位置認識を行なう（ステップ６）。位置認識した結果を基に、移載ヘッド７が該カメラ９の近傍に配されている三次元測定装置１４上へと移動を行ない（ステップ７）、吸着されている電子部品の高さ計測箇所が、三次元測定装置１４の測定位置（ライン光の焦点位置）となるように、位置決めされる。
【００２７】
次に、ステップ８で行なう前記図４の三次元測定装置による三次元測定について説明する。
【００２８】
光源であるレーザダイオード１５から発せられた光は、コリメートレンズ１６で集光されて平行光となる。フォーカスレンズ１７はこの平行光をスポット光となるように絞り込む。フォーカスレンズ１７からのスポット光は、投光ミラー１８により垂直軸と４５°の角度をなすように曲げられる。
【００２９】
この曲げられた光路の直ぐ後ろに置かれたラインジェネレータレンズ１９は、入射光を幅（厚さ）３０μｍ、長さ４０ｍｍ（図４の紙面に垂直な方向、図５の寸法Ｗ）のライン光Ｌとして、測定対象である電子部品Ｐの端子Ｐａに投光する。
【００３０】
電子部品Ｐの端子Ｐａからの拡散反射光の一部（電子部品の端子に対して垂直な成分）は、撮像ミラー２０で反射されて撮像カメラ２１により撮像される。又、このとき、リニアアクチュエータ２２に接続された投光ユニット２６は、リニアアクチュエータ２２の駆動により図示される左右両矢印の方向（電子部品下面に平行且つ照射されるライン光の照射ラインに対して直交する方向）に前後直線運動を行なう。
【００３１】
これにより投光ユニット２６は、コリメータレンズ１６によって形成された平行光線に向かって前進・後退の直線運動を行なうことになるが、このように平行光線に向かって前後直線運動を行っても、フォーカスレンズ１７の結像作用には影響を及ぼさないので、測定対象である電子部品Ｐが水平方向に正常保持されている場合には、その端子には常に一定幅のライン光が照射されることになる。
【００３２】
そこで、前記図４において、投光ユニット２６を右から左に、一定速度（例えば７００ｍｍ／sec）で移動させる。撮像カメラ２１の視野内の所定の箇所に拡散反射光が入光可能となる位置に来たとき、レーザダイオード１５を所定時間だけ（例えば５０μsec）点灯する。すると、投光位置にある電子部品の端子に反射した光が撮像カメラ２１に入光するため、それを撮像することで高さ測定を行なうことができる。
【００３３】
この高さ測定は、保持されている電子部品の姿勢が水平であれば、測定位置を想定できるため、問題なく行なうことができるが、水平方向から傾いていると投光位置に端子が存在しない場合がある。この場合には、投光位置を少しずつずらして端子に当たるまで繰返し、投光と撮像を繰り返して行なう必要があるため、測定に長時間を要することになる。
【００３４】
そこで、本実施形態では、ライン光Ｌを走査して三次元測定を行なう前に、電子部品の端子位置の寸法（ピッチ）に拘わらず、投光位置を十分に短かい、例えば０．５ｍｍ間隔の一定ピッチに設定して間欠的に投光させることにより、測定対象の電子部品に反射した光が同様に間欠的に撮像カメラに撮像されるようにする。
【００３５】
すると、撮像された電子部品の姿勢によって、姿勢が水平であれば、予め想定されている正規測定箇所に投光された反射光が撮像されるが、前述したように電子部品の姿勢が傾いていると、想定した正規測定箇所による反射光が撮像されないことがある。
【００３６】
ところが、吸着ノズル１０で電子部品Ｐを保持した際に、その存在が予想される最大範囲を越えてライン光の走査範囲を予め設定しておき、この走査範囲全域に亘って、前記のように間欠的にライン光を投光し、撮像することにより、撮像された間欠的な反射光のパターンから電子部品の姿勢を推定し、最適な投光位置を決定することが可能となる。このように最適な投光位置が決まったら、それを測定位置に設定して再度走査し該測定位置で撮像するのみで、正確に高さ測定を行なうことができる。なお、この投光位置（測定位置）の決定については、後に具体例を挙げて説明する。
【００３７】
このように撮像された画像データを画像処理することにより、電子部品の三次元測定を行なうことができる。この三次元測定の原理について以下に簡単に説明する。
【００３８】
図７は、電子部品の例がＱＦＰで、そのリード端子を三次元測定する様子を示した図である。
【００３９】
図７（Ａ）は、電子部品Ｐが、ＸＹθの各軸の駆動により、前記三次元測定装置１４の上部に、ＸＹの各軸に対して平行で、しかも該三次元測定装置１４の視野の中心位置に一致するように位置決めされた状態を示す上面図であり、リニアアクチュエータ２２によって走査されるライン光Ｌが、電子部品Ｐのリード端子Ｐａに照射されている状態のイメージを示している。
【００４０】
図７（Ｂ）はその側面図であり、リード端子Ｐａで拡散反射した光の一部が垂直方向に反射している状態（撮像カメラによって撮像されている光）を示しており、図７（Ｃ）は同図（Ｂ）のライン光Ｌが照射されるリード端子Ｐａの拡大図である。
【００４１】
ここで、測定対象となるリード端子Ｐａのうち、変形等により他と比較して異なる高さのリード端子Ｐｂが存在し、これによりライン光Ｌが照射される高さが図７（Ｃ）に示すように正常端子Ｐａと比較してΔｔだけ異なっていたとする。ライン光Ｌの照射により、リード端子Ｐａはその下方に設けた撮像カメラに図８に示すような光切断線画像として撮像されるが、高さの異なるリード端子Ｐｂは同図に示すようにΔｘだけ離れた位置に撮像される。そしてライン光Ｌの投光角度はリード端子Ｐｂに対して４５°をなしているのでΔｘ＝Δｔとなり三次元（高さ）測定が可能となる。
【００４２】
前記ステップ８の三次元測定の結果、測定部品に高さの異なる端子が検出され、その測定値Δｘが任意に設定可能な閾値より大きい場合には、測定した電子部品に異常がある（ＮＧ）と判断し、装置内の図示しない返却トレイ上へ移動し、吸着部品をエアブローにより返却を行なう等の、適切なエラー処理がなされる（ステップ９）。
【００４３】
次に、予め設定したライン光の走査範囲内で、所定のピッチで間欠的に投光するライン光によって、最適な投光位置を選定する方法について詳述する。
【００４４】
前述したとおり、高さ（三次元）測定を行なう前に、予め該当部品の平面方向の端子位置を選択し、決定する。その際、電子部品の正常保持を前提に正規測定位置にライン光を走査して投光すると、図９に示すように、実際に保持されている電子部品Ｐが水平の姿勢であれば、目的の端子Ｐａに投光したライン光が到達し、高さ測定のための拡散反射光がカメラ上に返ってくるが、Ｐ´で示すように電子部品が僅かでも水平でない場合には、端子Ｐａ´に走査光が当たらずに透過してしまうことが起こる。
【００４５】
そこで、図１０に示すように、吸着ノズル１０で保持されている電子部品のサイズより少し大きい範囲、即ち、電子部品Ｐの存在が想定される範囲を越えてライン光の走査範囲を設定しておき、その範囲内でライン光の投光を一定ピッチで間欠的に行なってやれば、その中には必ず目的の端子に当たるものがある。その結果、前記図８に示したパターンに相当する高輝度画像が得られることになる。
【００４６】
そこで、その時のリニアモータ２２のエンコーダ出力から求まるライン光の走査位置の座標を、図示しない制御装置のメモリに記憶しておき、次に走査するときにその座標に走査したタイミングでライン光を投光すれば、必ず最適な高さ測定に必要な走査光を投光することが可能となる。図１０の場合であれば、（２）番と（９）番のタイミングで走査光を投光すればよいことになる。
【００４７】
更に、この１回目の間欠的なライン光の走査・投光において、端子によっては隣りのピッチに重畳して規定のピッチでないものも出てくる可能性がある。そのときには、その端子が規定値以上の曲がりを持っていることを意味するので、その１回目の間欠的走査だけで測定部品の良否を判定することも可能である。
【００４８】
以上詳述した前記ステップ８による三次元測定の結果により、電子部品の異常が認められなかったＯＫの場合には、移載ヘッド７は搬送路２に固定されている基板３上の所定位置に移動し（ステップ１０）、θ軸モータ１２とＺ軸モータ１３の駆動により、電子部品を基板３へ搭載する（ステップ１１）。
【００４９】
その後、基板３への電子部品の搭載が全て完了するまで生産動作を継続する（ステップ１２）。
【００５０】
以上詳述した本実施形態によれば、吸着ノズル１０により保持されている電子部品Ｐの測定位置を事前に確実に決定しておくことができるため、従来の方式では測定に時間がかかっていた、又は測定が不可能なまでに姿勢が傾いている電子部品であっても、短時間で三次元測定を行なうことが可能となる。
【００５１】
又、事前に最適な投光（測定）位置を選択し決定できるため、確実に高精度な三次元測定が実行可能である。
【００５２】
その際、前記測定位置の決定を、正常保持した電子部品に想定される正規測定位置での撮像に失敗した場合にのみ行なうことにより、一段と短時間で測定することができる。
【００５３】
更に、目的が測定でなく、部品良否の判定であれば不良品の分別が更に短時間で行なうことが可能となる。
【００５４】
なお、前記実施形態では、ライン光を一定の０．５ｍｍピッチで間欠的に投光する場合を示したが、これに限定されず、ピッチ間隔が交互に変化するようにしても、又、測定対象の存在確率が高い範囲にはピッチを細かくする等により、ピッチ間隔を部分的に変化させて最適な位置を選択できるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】三次元測定装置の概要を示す側面図
【図２】本発明に係る一実施形態に適用される電子部品実装装置の概観を示す斜視図
【図３】上記電子部品実装装置に搭載されている移載ヘッドを示す斜視図
【図４】本実施形態に係る一実施形態に適用される三次元測定装置を示す概略側面図
【図５】上記三次元測定装置の要部を上面から見た状態を示す説明図
【図６】本実施形態の作用を示すフローチャート
【図７】三次元測定の原理を示す説明図
【図８】三次元測定の原理を示す他の説明図
【図９】三次元測定の正常状態と異常状態を示す説明図
【図１０】本実施形態の作用・効果を示す説明図
【符号の説明】
【００５６】
１０…吸着ノズル（保持手段）
１４…三次元測定装置
１５…レーザダイオード
１６…コリメートレンズ
１７…フォーカスレンズ
１８…投光ミラー
２０…撮像ミラー
２１…撮像カメラ
２２…リニアアクチュエータ
２６…投光ユニット
Ｐ…電子部品
Ｐａ…端子
Ｌ…ライン光
【図１】
2008021706.tif 000003
【図２】
2008021706.tif 000004
【図３】
2008021706.tif 000005
【図４】
2008021706.tif 000006
【図５】
2008021706.tif 000007
【図６】
2008021706.tif 000008
【図７】
2008021706.tif 000009
【図８】
2008021706.tif 000010
【図９】
2008021706.tif 000011
【図１０】
2008021706.tif 000012