(57)【要約】【課題】散乱拡散光のみを用いた場合には困難であった、測定部が鏡面に近い電子部品においても、正反射光を用いた三次元測定を可能とする。【解決手段】部品８の下方よりライン光４３Ａを照射し、部品８の下方に備えた撮像手段（撮像カメラ５４）によって光切断線を測定する部品の三次元測定装置５０において、部品８へ照射したライン光４３Ａの、拡散反射光４３Ｂを撮像手段（撮像カメラ５４）によって撮像するための光路と、正反射光４３Ｃを撮像手段（撮像カメラ５４）によって撮像するための光路との双方を持つ。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
部品の下方よりライン光を照射し、部品の下方に備えた撮像手段によって光切断線を測定する部品の三次元測定装置において、
部品へ照射したライン光の、拡散反射光を撮像手段によって撮像するための光路と、正反射光を撮像手段によって撮像するための光路との双方を持つことを特徴とする部品の三次元測定装置。
【請求項２】
前記拡散反射光を撮像手段によって撮像するための光路と、正反射光を撮像手段によって撮像するための光路とを切替えることにより、同一の撮像手段によって、拡散反射光による撮像と、正反射光による撮像とが可能であることを特徴とする請求項１に記載の部品の三次元測定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品の三次元測定装置に係る。特に、電子部品をプリント基板又は液晶やディスプレイパネル基板等に自動的に実装する電子部品実装装置で、移載ノズル等に吸着された部品のリード浮きやバンプ高さを測定するための部品の三次元測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子部品をプリント基板等に実装する電子部品実装装置において、ＱＦＰ、コネクタ等のリード浮き検査、あるいは、ＢＧＡ等のボール高さ検査等を行なう装置として、三次元測定装置（コプラナリティ検査装置又は平面度検査装置とも称する）が用いられている。
【０００３】
この三次元測定装置で高さを測定する方法として、特許文献１に記載されているように、検査対象となる電子部品を吸着した電子部品実装装置の移載ヘッドを停止させた状態で、下方にある三次元測定装置の投光ユニットを移動させて検査する方法が知られている。
【０００４】
特許文献１では、図１に示す如く、光源であるレーザダイオード（ＬＤ）３２を点灯して、ラインジェネレータレンズ４２により、移載ヘッド２０の吸着ノズル２０Ａに保持された電子部品８の端子部９に、ライン光４３Ａを下方斜め４５°より投光する。更に、リニアモータ４４により、フォーカスレンズ３８、投光ミラー４０及びラインジェネレータレンズ４２を含む投光ユニット３６を移動させて、前記電子部品８をライン光４３Ａで走査する。そして、このライン光４３Ａの投光像を、電子部品８の下方に配したＣＣＤカメラ４６で撮像し、ライン光による光切断線から端子９やボールの高さデータを取得し、端子部の平坦度やボールの高さデータを得ている。図において、３４はコリメートレンズである。
【０００５】
【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】
【０００６】
特許文献１における電子部品の三次元測定方法では、図１に示したように、斜め下方からライン光４３Ａを電子部品８に照射し、その拡散反射光４３ＢをＣＣＤカメラ４６で撮像して、端子９やボールの高さデータを取得している。
【０００７】
しかしながら、この方法では、検査対象となる電子部品８の計測個所（例えばコネクタ部品のコネクタ部）が、極めて凹凸の無い滑らかな平面（鏡面状態）であった場合には、電子部品８に照射したライン光４３Ａは、図１中に示す正反射光４３Ｃとなり、電子部品８の下方に配置されたＣＣＤカメラ４６へは光が届かないため、端子９の高さデータの取得が極めて困難であったり、不可能となるという問題点を有していた。
【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、測定部が鏡面に近い部品であっても、正反射光を用いた三次元測定を可能と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、部品の下方よりライン光を照射し、部品の下方に備えた撮像手段によって光切断線を測定する部品の三次元測定装置において、部品へ照射したライン光の、拡散反射光を撮像手段によって撮像するための光路と、正反射光を撮像手段によって撮像するための光路との双方を持つようにして、前記課題を解決したものである。
【００１０】
又、前記拡散反射光を撮像手段によって撮像するための光路と、正反射光を撮像手段によって撮像するための光路とを切替えることにより、同一の撮像手段によって、拡散反射光による撮像と、正反射光による撮像とを可能としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、従来の拡散反射光のみを用いた測定では困難であった、測定部が鏡面に近い部品においても、正反射光を用いた三次元測定が可能となる。
【００１２】
特に、拡散反射光を撮像手段によって撮像するための光路と、正反射光を撮像手段によって撮像するための光路を切替えるようにした場合には、正反射光、拡散反射光のいずれも同じ撮像手段を用いて撮像が可能となり、複数の撮像手段が不要であるので、装置の小型化やコストダウンが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００１４】
まず、本発明が適用される電子部品実装装置について説明する。
【００１５】
この電子部品実装装置は、図２に示す如く構成されており、基台１０の中央部には、Ｘ方向に基板６の搬送路１２が配設されている。この搬送路１２は、基板６を搬送すると共に、搬送路１２上で基板６を保持し位置決めする。従って、搬送路１２は基板保持部を兼ねている。搬送路１２の両側には、電子部品の供給部１４が配置され、それぞれの供給部１４には、多数台のパーツフィーダ１６が並設されている。
【００１６】
各パーツフィーダ１６は、テープに保持された電子部品を収容し、このテープをテープ長手方向に送ることにより、電子部品を順次供給する。
【００１７】
Ｘ軸テーブル１８には、電子部品の移載ヘッド２０が装着されている。前記Ｘ軸テーブル１８は、Ｙ軸テーブル２２Ａ、２２Ｂに、両端部を支持されて架設されている。Ｘ軸テーブル１８及びＹ軸テーブル２２Ａ、２２Ｂを駆動することにより、移載ヘッド２０は水平移動し、その下端部に装着された吸着ノズル２０Ａ（図３参照）により、パーツフィーダ１６のピックアップ位置から電子部品を吸着し、基板６上に移載する。従って、Ｘ軸テーブル１８及びＹ軸テーブル２２Ａ、２２Ｂは移動手段となっている。
【００１８】
前記搬送路１２と供給部１４の間の移載ヘッド２０の移動経路には、位置認識カメラ２４が配設されており、この位置認識カメラ２４は、移載ヘッド２０ひいては吸着ノズル２０Ａを下方から撮像する。移載ヘッド２０が電子部品を保持した状態で、位置認識カメラ２４で平面的に撮像することにより、電子部品の識別及び位置ずれ検出が行なわれる。又、位置認識カメラ２４の近傍には、電子部品の端子の平坦度を検査する、本発明に係る三次元測定装置５０が設けられている。
【００１９】
前記移載ヘッド２０には、図３に詳細に示す如く、ノズルシャフト２０Ｂがθ軸モータ２０Ｃに係合され、各軸独立でノズルシャフト２０Ｂがθ方向に駆動可能となっている。又、ノズルシャフト２０Ｂの昇降動作を行なうためのＺ軸モータ２０Ｄを備え、各軸独立でノズルシャフト２０Ｂの昇降動作が可能となっている。又、ノズルシャフト２０Ｂの先端には、前記吸着ノズル２０Ａが着脱自在に係合され、該吸着ノズル２０Ａの先端にはエアを吸引するための吸着孔が設けられている。
【００２０】
本発明に係る三次元測定装置５０は、図４（Ａ）（Ｂ）に詳細に示す如く、図１に示した従来例と同様のＬＤ３２及びコリメートレンズ３４と、フォーカスレンズ３８、投光ミラー４０及びラインジェネレータレンズ４２を含む投光ユニット３６と、該投光ユニット３６を矢印Ａ方向に移動するためのモータ等のリニアアクチュエータ５２に加えて、電子部品８から下方に反射されるライン光４３Ａの拡散反射光４３ＢをＣＣＤカメラ等の撮像カメラ５４に入射させるためのハーフミラー６０と、ライン光４３Ａの電子部品８表面からの正反射光４３Ｃを反射して、前記撮像カメラ５４に入射させるための撮像ミラー６２及び６４と、特に図示しないアクチュエータ（例えばエアシリンダ等）により矢印Ｂに示す如く動かされて、拡散反射光４３Ｂ又は正反射光４３Ｃの光路の一方を遮るための遮蔽板６６でなる光路切替手段とが設けられている。
【００２１】
前記撮像カメラ５４には、拡散反射光４３Ｂと正反射光４３Ｃの光路長の違いによる影響を抑制することができるテレセントリックレンズ５６が取付けられている。
【００２２】
前記遮蔽板６６は、特に図示しないアクチュエータに接続されており、その駆動により、電子部品８と撮像カメラ５４を結ぶ２通りの光路を必要に応じて切り替える（一方の光路を遮る）ことが可能である。
【００２３】
またフォーカスレンズ３８と投光ミラー４０とラインジェネレータレンズ４２を含む投光ユニット３６は、リニアアクチュエータ５２に直結されており、図４（Ｂ）に示す如く、電子部品下面に平行、かつ照射されるライン光４３Ａのラインに対して垂直となる方向に、駆動自在とされている。
【００２４】
他の点については特許文献１と同様であるので、詳細な説明は省略する。
【００２５】
本実施形態における処理は、図５に示すような手順に従って行なわれる。
【００２６】
まず、ステップ１００で、搬送路１２上に基板６が搬入され、位置決めされる。
【００２７】
次いでステップ１０２で、例えば基板認識カメラ（図示省略）により基板位置が認識される。
【００２８】
次いでステップ１０４で、移載ヘッド２０が、電子部品８をピックアップするために、供給部１４上へ移動する。このとき、ノズルシャフト２０Ｂの先端には吸着ノズル２０Ａが取付けられている。
【００２９】
移載ヘッド２０が部品吸着位置へ整定後、ステップ１０６で、Ｚ軸モータ２０Ｄを駆動して、ノズルシャフト２０Ｂを下降させる。ノズルシャフト２０Ｂの先端に取り付けられた吸着ノズル２０Ａが部品吸着高さまで下降し、パーツフィーダ１６に納められた電子部品と当接する直前に、特に図示しない真空発生装置を作動させ、ノズルシャフト２０Ｂの管路内を負圧とすることで、吸着ノズル２０Ａの先端に当接した電子部品を吸着する。
【００３０】
その後、吸着部品の吸着位置及び角度の認識を行なうために、ステップ１０８で、装置本体に設けられた位置認識カメラ２４上に移動し、ステップ１１０で、吸着部品の位置認識を行なう。
【００３１】
位置認識した結果を基に、移載ヘッド２０は、ステップ１１２で、位置認識カメラ２４の近傍に配された三次元測定装置５０上へと移動し、吸着されている電子部品の高さ計測個所が、三次元測定装置５０の測定位置（ライン光４３Ａの焦点位置）となるように、位置決めして、ステップ１１４で三次元測定を行う。
【００３２】
具体的には、三次元測定装置５０の光源となるＬＤ３２から発せられた光は、コリメートレンズ３４で集光されて平行光となる。フォーカスレンズ３８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３８からの光は、投光ミラー４０により垂直軸と４５°の角度をなすように曲げられる。そして、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４２は、入射光を例えば幅３０μｍ、長さ４０ｍｍ（図４（Ａ）における奥行き方向）のライン光４３Ａにして、測定対象である電子部品８の端子部９に投光する。電子部品８の端子部９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、ハーフミラー６０を介して撮像カメラ５４により撮像される。又、このとき、リニアアクチュエータ５２に接続された投光ユニット３６は、リニアアクチュエータ５２の駆動により、図示される矢印Ａの方向（電子部品８の下面に平行、且つ、照射されるライン光４３Ａのラインに対して垂直となる方向）に前後直線運動を行なう。これにより、投光ユニット３６は、コリメートレンズ３４によって形成された平行光線に向かって前後直線運動を行なう。平行光線に向かって前後直線運動を行なっても、フォーカスレンズ３８の結像作用に影響を及ぼさないので、測定対象である電子部品８の端子部９には常に一定幅のライン光４３Ａが照射されることになる。
【００３３】
又、測定対象となる電子部品８の端子部９が鏡面状態に近い場合には、特に図示しないアクチュエータの駆動により、遮蔽板６６を拡散反射光４３Ｂを遮る位置へ移動（又は回転）することで、ＬＤ３２から照射されたライン光４３Ａの測定部表面での正反射光４３Ｃは、撮像ミラー６２を介して撮像ミラー６４に到達することとなり、更にハーフミラー６０を通過して撮像カメラ５４によって撮像される。
【００３４】
電子部品８と撮像カメラ５４を結ぶ２つの光路は、三次元測定を行なう電子部品８の種類によって予め定められており、被測定部位である端子部分９が鏡面に近い部品の測定には正反射光４３Ｃが用いられ、鏡面ではない（十分な拡散反射光が得られる）部品の測定には拡散反射光４３Ｂが用いられるように、光路が自動的に切り替えられる。
【００３５】
図４において、投光ユニット３６を、例えば右から左に、一定速度（例えば７００ｍｍ／秒）で移動させ、撮像カメラ５４の視野内の所定の個所に投光可能となる位置にきたときに、ＬＤ３２を所定時間（例えば５０μ秒）だけパルス点灯する。この画像を処理することによって、電子部品の三次元測定を行なう。
【００３６】
次に、三次元測定の原理について、簡単に説明する（詳細は特許文献１参照）。図６は、電子部品（図はＱＦＰのリード端子）の三次元測定の様子を示した図である。図６（Ａ）は、ＸＹθ軸の駆動により三次元測定装置５０の上部に、電子部品８がＸＹ軸に対して平行且つ三次元測定装置の視野の中心位置となるように位置決めされた状態を示す平面図であり、リニアアクチュエータ４４によって走査されるライン光４３Ａが、電子部品８のリード端子９に照射されている状態を示している。
【００３７】
図６（Ｂ）は、その側面図であり、リード端子９で拡散反射した光の一部が垂直方向（撮像カメラ５４によって撮像される方向）に反射している状態を示しており、特に図６（Ｃ）は、ライン光４３Ａが照射されるリード端子９部の拡大図である。
【００３８】
ここで、測定対象となるリード端子９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９´が存在する場合に、ライン光４３Ａが照射される高さが、図６（Ｃ）に示す如く、Δｔだけ異なるとする。
【００３９】
ライン光４３Ａの照射により、リード端子９は、その下方に設けた撮像カメラ５４に、図７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９´は、図７に示すように、他のリード端子９からΔｘ＝Δｔだけ離れた位置に撮像されることになるため、三次元測定が可能になる。
【００４０】
又、リード端子が鏡面状態に近い場合には、正反射光４３Ｃによる撮像に切り替わるが、同様の原理によりリード端子の高さ測定が可能である。但し、リード端子９と撮像カメラ５４とを結ぶ光軸が鉛直方向に対して４５°傾斜しているため、Δｘ´＝√２×Δｔとなる。
【００４１】
図５のステップ１１４での三次元測定結果により、測定部位に高さの異なる端子が検出された（任意に設定可能な閾値に対してΔｘ若しくはΔｘ´が大きい）場合には、測定した電子部品に異常があると判断し、ステップ１１６に進んで、装置内の図示しない返却トレー上へと移動し、エアブローにより吸着物の返却を行なう等の、適切なエラー処理が行なわれる。
【００４２】
一方、三次元測定結果により、電子部品の異常が認められなかった場合には、ステップ１１８に進み、移載ヘッド２０は搬送路１２に固定された基板６の所定位置に移動し、ステップ１２０で、θ軸モータ２０ＣとＺ軸モータ２０Ｄの駆動により、電子部品８を基板６へ搭載する。
【００４３】
その後、ステップ１２２で、基板６への電子部品８の搭載が全て完了したと判定されるまで、生産動作が継続される。
【００４４】
本実施形態においては、遮蔽板６６の移動により光路を切り替えており、移動した際の位置決めに高精度を要求されるミラー等の光学部品を移動していないので、高精度な三次元測定が可能である。
【００４５】
なお、拡散反射光４３Ｂによる撮像と、正反射光４３Ｃによる撮像との切替えは、部品種毎に予め設定するのではなく、拡散反射光４３Ｂによる撮像が不可能（光量不足による認識処理エラー等）となった場合に、自動的に正反射光４３Ｃによる撮像を再度実施するようにしてもよい。
【００４６】
又、前記実施形態においては、拡散反射光４３Ｂを用いての撮像と、正反射光４３Ｃを用いての撮像との光路長（電子部品８と撮像カメラ５４との距離）が異なるものであったが、図８に示す第２実施形態の如く、拡散反射光４３Ｂの光路中に、その光路長を増やすためのミラー７０、７２を挿入したり、あるいは図９に示す第３実施形態のように、撮像ミラー６２とハーフミラー６０の角度を変えることによって、拡散反射光４３Ｂを用いての撮像と、正反射光４３Ｃを用いての撮像との光路長が等しくなるようにすることもできる。
【００４７】
これらの場合には、カメラレンズにテレセントリックレンズに換えて通常のビデオレンズの使用が可能となるため、装置を安価に構成することが可能となる。
【００４８】
又、図１０に示す第４実施形態のように、第１実施形態におけるハーフミラーを通常のミラー７４とし、これをアクチュエータ（例えばエアシリンダや回転モータ）７６により直線若しくは回転移動させて、拡散反射光４３Ｂと正反射光４３Ｃとの光路を切り替えるようにしたり、あるいは、図１１に示す第５実施形態のように、ハーフミラーを省略して、ミラー６４自体をアクチュエータ（例えばエアシリンダや回転モータ）７８により移動させるようにしても良い。
【００４９】
これらの場合、遮蔽板６６は不要になる。特に第５実施形態では、ミラー６４自体を動かすようにしたので、構成が簡略である。
【００５０】
更に、図１２に示す第６実施形態のように、拡散反射光４３Ｂによる撮像と、正反射光４３Ｃによる撮像とを、それぞれ個別の撮像カメラ５４Ａ、５４Ｂで行なうようにしても良い。この場合、高さ測定を行なう予め設定された電子部品の種類によって撮像カメラを切り替えるようにしても良いし、双方の画像から、コントラストがより得られる方の画像を選択的に用いて画像処理するようにしても良い。又、両方の画像から個別に電子部品の高さ測定を行ない、いずれかの測定結果から異常（リード浮き等）が検出された場合にはＮＧと判断し、双方の測定結果から異常が認められなかった場合のみ正常部品と判定することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】拡散反射光のみを用いた従来の三次元測定装置の構成を示す側面図
【図２】本発明が適用される電子部品実装装置の全体構成を示す斜視図
【図３】電子部品実装装置の移載ヘッドを示す斜視図
【図４】本発明の第１実施形態の構成を示す光路図
【図５】第１実施形態の処理手順を示す流れ図
【図６】同じく光切断法の測定原理を示す図
【図７】同じく画像を示す図
【図８】本発明の第２実施形態の構成を示す光路図
【図９】同じく第３実施形態の構成を示す光路図
【図１０】同じく第４実施形態の構成を示す光路図
【図１１】同じく第５実施形態の構成を示す光路図
【図１２】同じく第６実施形態の構成を示す光路図
【符号の説明】
【００５２】
８…電子部品
９…リード端子
３２…レーザダイオード（ＬＤ）
３６…投光ユニット
４３Ａ…ライン光
４３Ｂ…拡散反射光
４３Ｃ…正反射光
５０…三次元測定装置
５２…リニアアクチュエータ
５４、５４Ａ、５４Ｂ…撮像カメラ
５６…テレセントリックレンズ
６０…ハーフミラー
６２、６４、７０、７２、７４…撮像ミラー
６６…遮蔽板
７６、７８…アクチュエータ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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