(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの部品を配列する配置整列センサ内でグリントを制御する方法であって、
各部品が光を遮断して部品の輪郭の陰影を投影し、部品のうちの１つから反射された光の一部が広角グリントを提供するように部品上に光を照射すること、
収束力を有する光学系を光が通過し、それによって焦点に２つの陰影を結像し、前記光学系が、焦点の背後に配置された第１のプレーンに陰影像を結像すること、
光は通過し、広角グリントは遮蔽するための開口部を有するアパーチャをほぼ焦点に配置すること、および
陰影を検出し、かつ狭角グリントを識別するために、狭角グリントの像を分離して検出器上に映すべく、前記検出器は、第１のプレーンに実質的に平行で、かつその背後に配置することからなる方法。
【請求項２】
前記部品の陰影像が最も小さくなるまで、前記部品をその中心軸の周りに回転させることを含む請求項１の方法。
【請求項３】
前記光によって照射された追加の部品を配列することを含む請求項１の方法。
【請求項４】
光の照射がハウジング内の点光源を発光させることからなる請求項１の方法。
【請求項５】
光の照射が、前記部品の周辺にほぼ平行な光線を提供することからなる請求項１の方法。
【請求項６】
少なくとも２つの部品を配列する配置整列センサ内でグリントを低減する方法であって、
光源が光源プレーン内に配置され、部品が部品プレーン内に配置されて、少なくとも光の一部が部品のうちの１つに反射して広角グリントを提供し、前記部品のうちの少なくとも１つの部品が光の一部を遮蔽して陰影像が形成されるように、少なくとも２つの部品上に光源から光を照射すること、
各部品の陰影像が共通の焦点に結像されるように、収束力を有する光学系を陰影像が通過し、かつ前記広角グリントが該光学系を通過すること、
前記焦点に配置され、その開口部が広角グリントを遮蔽するための大きさを有する、アパーチャ内の開口部を光線が通過すること、および
狭角グリントを識別するために、狭角グリントの像を分離して検出器上に映すべく、前記検出器は、第１のプレーンに実質的に平行で、その背後に配置することからなる方法。
【請求項７】
前記陰影を検出するために検出器を配置することを含む請求項６の方法。
【請求項８】
前記検出器の配置が、前記焦点の背後に設置された第１のプレーンに検出器を配置することを含む請求項７の方法。
【請求項９】
前記部品の陰影像が最も小さくなるまで、前記部品がその中心軸の周りを回転する請求項６の方法。
【請求項１０】
少なくとも２つの部品を配列するために使用される配置整列センサであって、
少なくとも２つの部品を受け入れるように構成されたハウジング、
光がそれぞれの部品の中心軸に対してほぼ垂直に向けられ、そのことによって部品が光を遮断してそれぞれの影像を形成し、グリントが部品の内の１つから反射されるような、少なくとも２つの部品上に光を照射するために光源プレーン内に配置された光源、
陰影を受けて、結像される陰影像を提供するように構成された収束力を有する光学系であって、その結像される陰影像は、焦点で結像され、焦点の背後の第１のプレーンにイメージ化される光学系、
広角グリントは遮蔽し、結像された陰影像はそこを通す開口部を有するアパーチャ、および
各部品の結像された陰影像の間に狭角グリントが入射するように、前記第１のプレーンの背後に配置された検出器からなる装置。
【請求項１１】
前記検出器がほぼ第１のプレーンに配置される請求項１０の装置。
【請求項１２】
前記光学系は、前記陰影像を形成する光線をほぼ平行にするために、前記焦点と前記第１のプレーンとの間に配置された光学系を含む請求項１０の装置。
【請求項１３】
前記光源が点光源からなる請求項１０の装置。
【請求項１４】
前記光源が前記部品の周辺にほぼ平行な光線を供給する請求項１０の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明の背景
本発明は、一般的に、電子部品配置産業に用いられるような、電子部品を配列するための光学的配置整列センサに関する。電子部品配置産業に用いられる形式の機械は、捕捉・位置決め機と呼ばれることがある。
【０００２】
光学式センサに組み込まれた電子陰影技法は、今日の電子産業において、電子部品をプリント回路基板上に装着するための捕捉・位置決め機に広く用いられている。最も一般的に用いられる配置整列センサの１つは、ミネソタ州ゴールデンバレーのサイバーオプティクス社（CyberOptics Corporation）によって製造され、レーザーアライン（LaserAlign：登録商標）部品整列センサとして販売される。レーザーアライン形式のセンサは、光の筋（stripe）に収束させられる光源を用い、その光は、典型的には、電子部品の側面上を照射し、それによって検出器上に投射される陰影を形成する。電子部品が（捕捉・位置決め機によって、ｘ、ｙ、およびｚ方向に制御されるノズルによって）回転させられる時、検出器上に投射された陰影の幅が変化する。
【０００３】
向き決めプロセスは、一般的には、捕捉・位置決め機が、位置決めのために目標のプリント回路に部品を搬送している間に実行される。向き決めプロセスが部品の搬送と同時に実行される時、向き決めプロセスは、「オンヘッド（on-head）式」あるいは「オンザフライ（on-the-fly）式」測定法と呼ばれることがある。反対に、「オフヘッド（off-head）式」測定法は、センサが捕捉・位置決めヘッドに固定されるのではなく、むしろヘッドに対して相対的に静止される時に実行される。
【０００４】
従来技術によって取り組まれていない典型的な問題の一つは、少なくとも２つの部品を配列するための配置整列センサについてであり、その配置整列センサでは、広角および狭角双方の所望しないグリント（glints）（すなわち、反射）が、２つの部品のどちらかの向きを正確に決めるのを妨げることである。
【０００５】
発明の概要
本発明は、少なくとも２つの部品の向き決めをするために設計された光学的配置整列センサにおいて、２つの形式の所望しないグリント（狭角および広角グリント）を低減するような方法および装置を含む。本方法は部品上に複数の光線を照射することを含み、その光線は各部品の中心軸に対してほぼ垂直に衝突して、各部品が光線を遮蔽して、部品の輪郭の陰影を投射する。光線の一部は、部品の内の一つに反射して、本発明によって低減される第１の形式である広角グリントを提供する。本方法では、その後、光線が収束力を有する光学系を通って、焦点で２つの陰影を結像し、光学系は、焦点の背後に配置された部品プレーン（plane）に陰影像を結像する。アパーチャは、ほぼ焦点に配置され、アパーチャ内の開口部は、広角グリント以外の光線がそこを通るように配置される。収束光学系およびアパーチャの組合せは、広角グリントが検出器に到達するのを妨げる。検出器は部品プレーンの背後に配置されて、検出器プレーンは、光学系のプレーンに対して平行に配置される。そのことによって、結像されない陰影像が検出器上に映る。検出器を部品像プレーンの背後に配置することによって、本発明の狭角グリントの影響が低減される。
【０００６】
図面の簡単な説明
図１は、光源、２つの部品、１つの部品に反射させられたグリントを有する検出器を示す。
図２は、収束光学系および検出器を伴なうような、光源および２つの部品、２つの内の１つの部品によって投影される陰影と同一の、検出器上の点に映るその部品からのグリントを示す。
図３は、本発明のセンサを含む、捕捉・位置決め機を示す。
図４は、光源、２つの部品、収束光学系、アパーチャ、および検出器を含み、検出器プレーンが、部品からの陰影プレーンの背後にあるような本発明の実施例を示す。
図５は、光源、２つの部品、収束光学系、アパーチャ、平行化光学系、および検出器を含み、検出器プレーンが部品からの陰影プレーンの背後にあるような本発明の他の実施例を示す。
図６は、捕捉・位置決め機に装備するのに適当なセンサハウジング内の、さらに別の本発明の実施例を示す。
図７は、図６の実施例の斜視図である。
【０００７】
実例となる実施例の詳細な説明
図１は、本発明が解決するグリントの問題を説明する図である。図１は、部品１および部品２上に入射する光線を有する光源４を示し、各部品は、（図示されない）捕捉・位置決め機の（図示されない）ノズルによってセンサ内の所定位置に保持される。図のように、光線の一部が部品２の縁部に反射して、所望しないグリント６の原因となる。部品１および２は、それぞれＣＣＤ検出器１２のプレーン上に、陰影像８、１０を投影する。検出器１２は、検出器１２上に投影された陰影の縁部を分離し、捕捉・位置決め機のモータ制御回路へ信号を送出する（図示されない）一組の電子回路へ出力する。グリントは、部品１からの陰影を受ける検出器の一部分に映るので、検出器１２によって検出され、部品１に起因する光に、エラーとして加わる。グリントが検出器１２上に投影される陰影の輪郭の近くに位置すると、センサ内部の電子部品は、陰影の輪郭を誤って評価し、その結果、部品１の相対的位置の評価を誤る可能性が生ずる。
【０００８】
図２は、本発明が解決する問題の追加の態様を示す図であり、光源１００、部品１および２、収束力を有する光学系１０４、およびＣＣＤ検出器１０６が示される。光源１００からの光線は、収束光学系１０４によって収束し、引き続き検出器１０６で検出されるような部品１および２のそれぞれの陰影像１０８、１１０を形成する。所望しないグリント１１２が部品２に反射して、光学系１０４を通過し、検出器１０６で検出される部品２の像に不正に加わる。図２に示される実施例は、収束光学系１０４の作用によって、検出器１０６上に部品プレーンの実像を形成する。この構成においては、像グリントは、グリントの原因となった部品の陰影像の縁部の至近点に収束される。図２に示されるように、部品２からのグリントは、部品２の陰影上に収束される。グリントは、図１のように、部品１の被検出陰影像と干渉することも、部品２の被検出陰影像と干渉することもない。
【０００９】
図３に全体的に符号１２０で示される多ノズル捕捉・位置決め機は、プリント回路基板１２２を作業領域に搬送するための（図示されない）コンベヤシステムを有する。捕捉・位置決め機１２０は、真空ヘッド１２４をｘおよびｙ方向に個別に動かすための、ｘおよびｙモータードライブ組立体を１２６を有する。ヘッド１２４には、３つの部品を取外し可能に保持するための多真空ノズル１２８、１３０、１３２が取付けられる。ヘッド１２４は、（図示されない）トレーで３つの部品をそれぞれ捕捉し、ヘッドがＰＣ基板１２２へ部品を搬送している間、本発明の多ノズル整列センサ２００が部品のｘ、ｙおよびシータ方向を感知する。
【００１０】
ヘッド１２４が基板１２２へ部品を搬送する間、センサ２００が部品のｘ、ｙおよびシータ方向を感知するので、この捕捉・位置決め機１２０は、オンヘッド式捕捉・位置決め機である。同様に、オフヘッド式捕捉・位置決め機、小塔型捕捉・位置決め機、あるいはｘあるいはｙ方向にヘッドを動かすための異なるガントリ（gantry）システムを有するような捕捉・位置決め機などの、他の形式の捕捉・位置決め機も、本発明の方法および装置と共に用いられるのに適当である。
【００１１】
図４〜７に示されるように、本発明は２つの個別の態様で実行される。第１の態様は、収束光学系およびアパーチャで実行され、それらは協働して、グリント２１０のような広角グリントが検出器に到達するのを物理的に阻止する機能を果たす。しかしながら図４および５のように、（本明細書において、狭角グリントと呼ばれることのある）アパーチャを通過するようなグリント２１２は、部品像プレーンに見られるように、陰影の縁部でイメージ化される。第２の態様は、検出器を部品像プレーンの背後に配置することで実現され、そのことによって、（アパーチャを通過した）狭角グリントは、部品陰影の縁部から充分に離れて、検出器上の部品陰影間に映る。
【００１２】
単一部品の向きを決定する方法および装置を含む、平行にされた光を用いるような単一部品整列センサが、本発明の譲渡人によって保有されている、スクネス（Skunes）らの米国特許第５，２７８，６３４号に詳述されており、参照によって本明細書に組み入れられる。平行にされた光と共に用いられるような本発明のすべての実施例は、スクネスの特許に詳述されるのと同じ種類のプロセスハードウェアを含むか、あるいは適当に、陰影が（先端で）最小化されるまで、各回転位置で部品の投射陰影の幅が評価されるような原理で作動することによって、部品のｘあるいはｙの相対的位置を決定する。スクネスの特許に詳述される方法と同様に、本発明は光源のいかなる仕様の種類にも限定されない。特に、光源の波長、可干渉性、あるいは位相のいずれも本発明においては重要ではない。光源にとっての主要な規準は、電子部品を受け入れる窩洞領域を通過した後に、及びフィルタが存在する場合は該フィルタを通過した後に検出器で受信された光が電子機器についての強力な信号を提供するのに十分な強度を有するように、十分な強度の光線を提供することである。部品の陰影の光路内の光学系の光学軸に関して、光源が軸ずれ（off-axis）であっても、本発明は複数の光源と共に実行されることができる。
【００１３】
本出願に示される方法および装置の実施例は点光源を用いた場合で示されているけれども、本発明が、部品の周辺内に平行な光線を生成するような事実上無限遠にある光源などの、他の形式の光源にも充分に適合するということを当業者は理解するであろう。
【００１４】
図４は、光源の像でのアパーチャと収束光学系１０４との組合せで、広角グリント２１０を遮蔽するようなセンサ２００の本発明の実施例を示す。前述の図と同じ符号をもつセンサ２００の構成要素は同じ機能を有する。本発明のセンサ２００は、適当な形式の捕捉・位置決め機上に固定される。その適当な形式のうちの一つの形式が図３に示されている。本発明のこの実施例は、部品１および２によって投影される陰影像２０６、２０８の焦点プレーン内に配置されるアパーチャ２０２を含む。所望しない広角グリント２１０は、部品２で反射し、光学系１０４を通過し、それからアパーチャ２０２で遮蔽される。アパーチャ２０２は、適当な作動範囲を超える大きさを実質的に維持するような材料で作られ、光学系、電子部品、およびセンサハウジングの公差を作り出すことを可能にするように設計された開口部をその内部に有するのが望ましい。アパーチャ２０２は、グリント２１０のような広角グリントは遮蔽するけれども、グリント２１２で示されるような狭角グリントは通過させる。図４の実施例では、前述の実施例のように、部品像プレーンの背後の検出器プレーンは効果的に動かすことができるが、広角グリントを遮蔽するためのアパーチャ２０２も付加されている。前述のように、アパーチャ２０２を通過するグリントは、部品像プレーンで見られるように、陰影の縁部でイメージ化されるが、検出器２０４上の２つの部品の陰影間に映るので、縁部検出電子部品２２０は、必要な像を選択的に捉えることができるであろう。図４はまた、モータードライブ回路２２４を制御するような位置および向き回路２２２を含む捕捉・位置決め機の様々な機能も示す。要素２２０、２２２、および２２４は個別に、または単一の回路として形成されることができ、アナログ／デジタル部品またはそれらの組合せを用いて形成されることができる。
【００１５】
図５において、光源１００は部品１および２上を照射する光を発射する。部品１および２は、光を遮ってレンズ３００を通過させられる陰影像３０２、３０４を形成する。レンズ３００は、光源の実像を形成し、部品プレーンの虚像のみを形成するように適当に配置された収束力レンズである。前述のように、陰影はアパーチャ２０２を通過する。さらに陰影は、部品１および２の陰影像を形成する光線をほぼ平行にして、部品プレーンの実像を作り出すような、収束力レンズ３０６を通過する。レンズ３０６は、ＸＹプレーン内においてのみ平行にして、Ｚ方向の結像には影響しないのが望ましい。その後、平行にされた像が、部品像プレーンの背後に配置されている検出器３０８で検出される。本発明の実施例では、検出器の位置が重要である。検出器が部品影像プレーンの背後に離れすぎて配置されると、グリント２１０が部品１の像内に映ってしまう。陰影像を形成する光は平行にされるけれども、グリント２１０は平行にされず、グリント２１０は、検出器３０８の２つの陰影間に到達する。電子部品２２２は、グリントによる偽の信号を容易に認識することができ、引き続く計算において無視することができる。
【００１６】
図６および図７はそれぞれ、本発明の２つの態様の双方を実行するような、一つの実施例によるセンサ３５０の側断面図および斜視図である。
【００１７】
図６において、センサ３５０は、その各端部上で部品３５４を有する多ノズル３５２を受け取るように構成されている。レーザーダイオード源３５６は、センサ３５０のハウジング３６２内に配置される平面鏡３６０に反射させられる光３５８を発射する。鏡３６０は第２の鏡３６４に光を誘導し、第２の鏡は図示されるように光を再誘導し、またリボン（筋）状の光３６６を形成するために、光をｚ方向に細くする。筋３６６はその後、円柱コリメートレンズ３６８を通過して、すべての光線がｘ−ｙプレーン内でほぼ平行になる。リボン状の光３６６は、窓３７０を通って空洞に入り、部品３５４の縁部に衝突する。部品３５４によって遮断されない光は、ハウジング３６２内のもう一つの窓３７２を通り、光を再誘導するような収束力を有する第３の鏡３７４で反射させられる。例えば、鏡３７４は図５におけるレンズ３００に相当する。次に光は、第４の鏡に反射して、アパーチャ３７７を通過し、収束力を有する第５の鏡３７８上で反射する。例えば、アパーチャ３７７および鏡３７８はそれぞれ、図５におけるアパーチャ２０２およびレンズ３０６に相当する。最後に、光はロッドレンズ（rod lens）３８０を通過して、リニア検出器３８２上に入る。本発明は、費用の理由によってリニア検出器で実行されるけれども、適当にエリアアレイで実行されることもできる。
【００１８】
本発明はまた、本明細書において１つのハウジング内に示される。実際には、本発明の方法を実行するためには、平行光源またはたは点光源用の分離したハウジングのような、２つかまたはそれ以上のハウジングを用いることは有効である。
【００１９】
本明細書に記載された、複数の部品を整列するためのセンサは、単一の光源と共に示される。しかしながら、本発明の方法および装置は、単一光源の多ノズル位置決め整列センサに限定されず、複数の効果的な光源を有するものを含むことが理解されよう。さらに本発明は、部品の相対的な動き、あるいはそれらのセンサ空洞内での配置に関わらず実行されることができる。換言すれば、一つのノズルは本発明を実行し、あらゆる相対的なノズルの配置で所望されるような複数のノズルと同様に回転することができる。さらに、本発明はレンズと共に開示されるが、曲面鏡または類似のもののような、同等の光学部品で実行されることができる。本発明は影像の幅を決定する目的で詳述されてきたけれども、本発明は、少なくとも２つの部品の影の縁部の位置を決定し、グリントによって影響を受けるようなあらゆる手法と共に用いられることができる。さらに、本明細書で用いられる単語「光」は非可視光を含む。本発明を好ましい実施例によって説明してきたが、本発明の精神や範囲を逸脱することなく詳細や形式上の変更が可能なことは、当業者には理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図２】  収束光学系および検出器を伴なうような、光源および２つの部品、２つの内の１つの部品によって投影される陰影と同一の、検出器上の点に映るその部品からのグリントを示す。
【図４】  光源、２つの部品、収束光学系、アパーチャ、および検出器を含み、検出器プレーンが、部品からの陰影プレーンの背後にあるような本発明の実施例を示す。
【図５】  光源、２つの部品、収束光学系、アパーチャ、平行化光学系、および検出器を含み、検出器プレーンが部品からの陰影プレーンの背後にあるような本発明の他の実施例を示す。
【符号の説明】
１、２……部品、１００……光源、１０４……収束光学系、２００……センサ、２０２……アパーチャ、２０４、３０８……検出器、２０６、２０８、３０２、３０４……陰影像、２１０……広角グリント、２１２……狭角グリント、３００……レンズ、３０６……収束力レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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