(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ヘッドに保持した電子部品の所定方向から見た面全体の輝度画像データを得るため、前記ヘッドを移動させつつ前記電子部品を撮像する輝度画像撮像手段と、前記ヘッドに保持した電子部品の所定方向から見た面全体の高さ画像データを得るため、前記ヘッドを移動させつつ前記電子部品を撮像する高さ画像撮像手段とを備え、前記輝度画像撮像手段による二次元の位置検出と高さ画像撮像手段による三次元の位置検出をそれぞれ独立に使い分けて、電子部品の位置検出を行う部品認識方法であって、高さ画像撮像時のヘッド移動速度を輝度画像撮像時より遅く設定したことを特徴とする部品認識方法。
【請求項２】
リードレスの電子部品は輝度画像撮像手段による撮像を、リード付きの電子部品および多数の突起電極を有する電子部品は前記高さ画像撮像手段による撮像を行うようにした請求項１に記載の部品認識方法。
【請求項３】
電子部品のリード浮き検査および突起電極形状欠陥検査を行う場合には、高さ画像撮像手段による撮像を行うようにした請求項１に記載の部品認識方法。
【請求項４】
電子部品の所定方向から見た面全体の輝度画像データを得るための輝度画像撮像手段と、電子部品の所定方向から見た面全体の高さ画像データを得るための高さ画像撮像手段とを備え、前記輝度画像撮像手段による二次元の位置検出と高さ画像撮像手段による三次元の位置検出をそれぞれ独立に使い分けて、電子部品の位置検出を行う部品認識方法であって、前記高さ画像の高さ座標系を、電子部品から前記高さ画像撮像手段に向かう方向が正になるように設定することによって、前記輝度画像撮像手段から得られた輝度画像データと、前記高さ画像撮像手段から得られた高さ画像データとを、同一の画像処理手段で処理するようにしたことを特徴とする部品認識方法。
【請求項５】
電子部品は、部品本体の端辺に複数本のリードが突出し、各リードの先端が基板上に装着されるようになっているものである請求項４に記載の部品認識方法。
【請求項６】
電子部品を部品供給部から基板上に移載し、この電子部品を基板に装着する部品実装方法において、電子部品の移載経路に、ヘッドに保持した電子部品の所定方向から見た面全体の輝度画像データを得るため、前記ヘッドを移動させつつ前記電子部品を撮像する輝度
画像撮像手段と、前記ヘッドに保持した電子部品の所定方向から見た面全体の高さ画像データを得るため、前記ヘッドを移動させつつ前記電子部品を撮像する高さ画像撮像手段とを配設し、電子部品を部品供給部から基板上に移載するに際し、輝度画像撮像手段と高さ画像撮像手段のいずれか一方を選択して電子部品の位置検出を行い、この位置検出により得られた情報に基づいて電子部品を基板に装着する部品実装方法であって、高さ画像撮像時のヘッド移動速度を輝度画像撮像時より遅く設定したことを特徴とする部品実装方法。
【請求項７】
電子部品を部品供給部から基板上に移載し、この電子部品を基板上に装着する部品実装装置において、
電子部品を保持して、この電子部品を部品供給部から移載経路に沿って、基板上に移載するヘッドと、
前記移載経路に配設され、ヘッドに保持した電子部品の所定方向から見た面全体の輝度画像データを得るため、前記ヘッドの移動時に前記電子部品を撮像する輝度画像撮像手段と、
前記移載経路に配設され、ヘッドに保持した電子部品の所定方向から見た面全体の高さ画像データを得るため、前記ヘッドの移動時に前記電子部品を撮像する高さ画像撮像手段と、
電子部品を部品供給部から基板上に移載するに際し、輝度画像撮像手段と高さ画像撮像手段のいずれか一方を選択して電子部品の位置検出を行い、この位置検出により得られた情報に基づいて電子部品を基板に装着すように制御すると共に、高さ画像撮像時のヘッド移動速度が輝度画像撮像時より遅くなるように制御する制御手段とを、
備えることを特徴とする部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品をプリント基板に装着するときに、電子部品の位置補正や良否検査のために行う部品認識方法と、この部品認識方法を用いた部品実装方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１２は、従来の電子部品装着機の概略斜視図である。
【０００３】
図１２において、１は電子部品装着機の装着機本体、２は本装着機で実装される電子部品（以下、部品と略記する場合がある。）、４ａは部品２が載っているトレー、４はトレー４ａに載った部品２を自動供給する部品供給部としてのトレー供給部、７は実装時に部品２を吸装着するヘッド部（ノズル）、５はヘッド部７をＸ軸方向に移動させるものであって、ＸＹロボットの一部を構成するＸ軸側のロボット（以下、Ｘ軸ロボットと略記する）、６ａおよび６ｂはヘッド部７をＸ軸ロボット５とともにＹ軸方向に移動させるＸＹロボットの一部を構成するＹ軸側のロボット（以下、Ｙ軸ロボットと略記する）、３ＡはＣＣＤカメラ、８Ａは高さセンサーである。９は部品２が実装されるプリント基板である。
【０００４】
図１１は、上記電子部品装着機によって装着される電子部品２の１例を示し、この電子部品２は部品本体２ｂの左右辺に夫々複数のリード２ａを有し、このリード２ａの先端２ｃが基板９上に装着されるようになっている。
【０００５】
従来の電子部品装着機では、ＣＣＤカメラ３Ａは、対象物である電子部品２の二次元の位置検出用に用いられ、高さセンサー８Ａは電子部品２のリード浮き検査用に用いられている。
【０００６】
この高さセンサー８Ａは、図１３に示すように、特定の１点における対象物の高さを計測するものである。図１３に示す高さセンサー８Ａは、レーザー光源８ａと、このレーザー光源８ａから照射されたレーザー光が対象物である電子部品２に当たったレーザー光の反射光（散乱光）を結像する結像レンズ８ｃと、電子部品２のリード先端２ｃに当たったレーザー光の反射光が結像レンズ８ｃを通して結像される位置検出素子としての半導体位置検出素子（以下、ＰＳＤと略記する）８ｄとを備えており、ＰＳＤ８ｄは、結像した光の位置と相関性のある電気信号を発生する機能を有する。
【０００７】
次に、従来の部品認識方法を、図１４に示すフローチャートに基づいて、ステップ（▲１▼〜▲９▼）の順に説明する。
【０００８】
▲１▼  ノズル７で電子部品２を吸着する。
【０００９】
▲２▼  ＣＣＤカメラ３Ａの位置で、電子部品２の輝度画像を取り込む。
【００１０】
▲３▼  この輝度画像を処理して、電子部品２の位置を検出する。
【００１１】
▲４▼  電子部品２のリード２ａの浮き検査を行わない場合には、▲８▼へ飛ぶ。
【００１２】
▲５▼  電子部品２のリード２ａの先端２ｃが、常に高さセンサー８Ａの測定位置に来るように、電子部品２を移動させて、リード先端２ｃの高さデータを計測する。図１１に示す電子部品２の場合には、リード先端２ｃの高さ計測ラインは、図１１に示すＰ1 、Ｐ2 の２ラインとなり、これらの計測ラインＰ1 、Ｐ2 はＣＣＤカメラ３Ａによる位置検出で定められる。先ず１辺のリード先端２ｃの高さ計測を第１のラインＰ1 に沿って、ノズル７がＸ軸方向に移動することに伴って行い、次いでノズル７の１８０°の回転後、他辺のリード先端２ｃの高さ計測を第２のラインＰ2 に沿ってノズル７がＸ軸方向に移動することに伴って行なう。尚、電子部品２がＱＦＰの場合には、４辺のリード先端２ｃの高さを、４回の直線移動に分けて取り込む必要があり、またそのとき、吸着用のノズル７を中心として電子部品２を、３回９０度回転させる必要がある。
【００１３】
▲６▼  全てのリード先端２ｃの三次元の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）から、電子部品２を理想的な仮想平面上に装着したときに接地する３本のリード先端２ｃの位置を算出すると共に、仮想平面を数式で表現し、全てのリード先端２ｃの三次元の位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の仮想平面からの距離、すなわちリード浮き量を算出する。
【００１４】
▲７▼  このリード浮き量が、予め定められた基準値を越えているか否かの判定を行い、越えていれば▲９▼に移行する。リード浮き量が、予め定められた基準値を越えていなければ▲８▼に移行する。
【００１５】
▲８▼  リード浮き量の検査が不要の場合、およびリード浮き量検査によって正常部品と判定されたものについて、その電子部品を基板９上の所定の位置に装着して、処理を終了する。
【００１６】
▲９▼  リード浮き量が、予め定められた基準値を越えている電子部品２に対して、これを異常部品として廃棄して、処理を終了する。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の方法においては、リード浮き検査を行う場合に、常に、ＣＣＤカメラ３Ａで輝度画像入力を行って、電子部品２の位置検出を行い、計測ラインＰ1 、Ｐ2 が定められてからでないと、高さセンサー８Ａによるリード浮き検査が行えず、電子部品２の装着に時間を要するという問題があった。
【００１８】
しかも、従来における高さセンサー８Ａは、特定のライン上における電子部品２の高さを計測するものであるので、検査される範囲は狭小となり信頼性に欠けるという問題があった。
【００１９】
本発明は、上記従来例の問題を解消し、電子部品の二次元又は三次元の位置検出を合理的に選択して高速かつ高い信頼性で行うことができる部品認識方法および部品実装方法を提供することを目的としている。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の部品認識方法は、ヘッドに保持した電子部品の所定方向から見た面全体の輝度画像データを得るため、前記ヘッドを移動させつつ前記電子部品を撮像する輝度画像撮像手段と、前記ヘッドに保持した電子部品の所定方向から見た面全体の高さ画像データを得るため、前記ヘッドを移動させつつ前記電子部品を撮像する高さ画像撮像手段とを備え、前記輝度画像撮像手段による二次元の位置検出と高さ画像撮像手段による三次元の位置検出をそれぞれ独立に使い分けて、電子部品の位置検出を行う部品認識方法であって、高さ画像撮像時のヘッド移動速度を輝度画像撮像時より遅く設定したことを特徴としている。
【００２１】
更に、リードレスの電子部品は輝度画像撮像手段による撮像を、リード付きの電子部品および多数の突起電極を有する電子部品は前記高さ画像撮像手段による撮像を行うようにすると好適である。
【００２２】
また、電子部品のリード浮き検査および突起電極形状欠陥検査を行う場合には、高さ画像撮像手段による撮像を行うようにすると好適である。
【００２３】
更に、前記高さ画像の高さ座標系を、電子部品から前記高さ画像撮像手段に向かう方向が正になるように設定することによって、前記輝度画像撮像手段から得られた輝度画像データと、前記高さ画像撮像手段から得られた高さ画像データとを、同一の画像処理手段で処理するようにすると好ましい。
【００２４】
また、電子部品は、部品本体の端辺に複数本のリードが突出し、各リードの先端が基板上に装着されるようになっているものであると好適である。
【００２５】
本発明の部品実装方法は、電子部品を部品供給部から基板上に移載し、この電子部品を基板に装着する部品実装方法において、電子部品の移載経路に、ヘッドに保持した電子部品の所定方向から見た面全体の輝度画像データを得るため、前記ヘッドを移動させつつ前記電子部品を撮像する輝度画像撮像手段と、前記ヘッドに保持した電子部品の所定方向から見た面全体の高さ画像データを得るため、前記ヘッドを移動させつつ前記電子部品を撮像する高さ画像撮像手段とを配設し、電子部品を部品供給部から基板上に移載するに際し、輝度画像撮像手段と高さ画像撮像手段のいずれか一方を選択して電子部品の位置検出を行い、この位置検出により得られた情報に基づいて電子部品を基板に装着する部品実装方法であって、高さ画像撮像時のヘッド移動速度を輝度画像撮像時より遅く設定したことを特徴としている。
【００２８】
本発明によると、二次元の位置検出のみで十分な電子部品に対しては高速撮像可能な輝度画像撮像手段を用いて二次元の位置検出を行い、この情報に基づいて従来例と同様に位置補正が必要な場合には、Ｘ、Ｙ、θの位置補正を行って電子部品を基板に装着することを能率良く行うことができる。
【００２９】
他方、リード浮き検査が必要な電子部品のように三次元の位置検出が必要な電子部品に対しては、高さ画像撮像手段を用いて三次元の位置検出を、電子部品の所定方向から見た面全体に行い、Ｘ、Ｙ、θの位置情報のみならず、リード先端の浮きなどの高さ情報を得ることができ、リード先端の浮きなどがある電子部品は異常部品として廃棄等でき、正常部品のみを、位置補正が必要な場合にはＸ、Ｙ、θの位置補正を行って基板に装着できる。
【００３０】
本発明によれば、上記のように、リード浮き検査等が必要な電子部品に対しては、リード浮き検査等のための高さ計測を行うことができると共に、Ｘ、Ｙ、θの補正に必要な位置検出も同時に行うことができるので、従来例のように、ＣＣＤカメラと高さセンサーとの２工程の認識が必要である場合に比較して、三次元の位置検出を必要とする電子部品の認識および装着を高速に行うことができる。
【００３１】
しかも、三次元の位置検出は、電子部品の面全体にわたって行われるので、従来例のように、所定ライン上だけの高さ検出を行うものに比較し、高精度でリード浮き検査などを行うことができる。
【００３２】
また、前記高さ画像の高さ座標系を、電子部品から高さ画像撮像手段に向かう方向が正になるように設定することによって、高さ画像撮像手段で取り込んだ高さ画像データと、輝度画像撮像手段から得られた輝度画像データとを、同一の画像処理手段で処理して位置検出するように構成すれば、画像処理コントローラの共通化が可能となり、また共通化したプログラムで画像処理を行うことができる。
【００３３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら具体的に説明する。
【００３４】
図１は本発明の実施の形態の部品認識方法および部品実装方法に用いる電子部品装着機を示す。
【００３５】
図１において、１は電子部品装着機の装着機本体、２は本装着機で実装される電子部品（以下、部品と略記する場合がある。）、４ａは部品２が載っているトレー、４はトレー４ａに載った部品２を自動供給する部品供給部としてのトレー供給部、７は実装時に部品２を吸装着するヘッド部（ノズル）、５はヘッド部７をＸ軸方向に移動させるものであって、ＸＹロボットの一部を構成するＸ軸側のロボット（以下、Ｘ軸ロボットと略記する）、６ａおよび６ｂはヘッド部７をＸ軸ロボット５とともにＹ軸方向に移動させるＸＹロボットの一部を構成するＹ軸側のロボット（以下、Ｙ軸ロボットと略記する）、３は輝度画像センサー（輝度画像撮像手段）、８は高さ画像センサー（高さ画像撮像手段）、９は部品２が実装されるプリント基板である。前記輝度画像センサー３および高さ画像センサー８は、ヘッド部（ノズル）７が部品２をトレー４ａから基板９に移載するために通過する移載経路の下方に配設されている。
【００３６】
高さ画像センサー８の構成と動きについて、三角測量の原理を用いたものを例示して、以下に詳細に説明する。
【００３７】
図２は高さ検出センサー８のＹ軸に垂直な断面図であり、図３は高さ画像センサー８のＸ軸に垂直な断面図である。図２および図３において、１０はレーザー光を発光する半導体レーザー、１１はこのレーザー光を集光整形する集光整形レンズ、１２はミラー面に当たったレーザー光を機械的回転によって走査させるポリゴンミラー、１３はレーザー光の一部を通過させ一部を反射させるハーフミラー、１４は光を反射させるミラーである。
【００３８】
１５はポリゴンミラー１２で機械的に振られたレーザー光を被写体である部品２に垂直に投射されるように光路変換させるＦ−θレンズ、１６ａ、１６ｂは部品２に当たったレーザー光の反射（散乱光）を結像させる結像レンズ、１７ａ、１７ｂは部品２に当たったレーザー光の反射光が結像レンズ１６ａ、１６ｂを通して結像される位置検出素子としての半導体位置検出素子（以下、ＰＳＤと略記する場合がある。）であり、結像した光の位置と相関のある電気信号を発生する機能を有する。１８ａ、１８ｂはＰＳＤ１７ａ、１７ｂの出力信号である。
【００３９】
ここで、半導体レーザー１０で発光されたレーザー光は、集光整形レンズ１１でビーム形状を集光整形された後、ハーフミラー１３を通過し、ミラー１４を反射して、ポリゴンミラー１２に当たる。ポリゴンミラー１２は定速回転運動をしており、ミラー面に当たったレーザー光は振られることとなる。更に、Ｆ−θレンズ１５で光路変換されたレーザー光は部品２に垂直に当てられ、この反射光が結像レンズ１６ａ、１６ｂを介してＰＳＤ１７ａ、１７ｂに結像され、ＰＳＤ１７ａ、１７ｂが部品２のレーザー反射面の高さを計測し得る出力信号１８ａ、１８ｂを発生する。
【００４０】
ここで、レーザー光は、ポリゴンミラー１２で反射した後、対象物である部品２に照射されるが、対象物である部品２には、ポリゴンミラー１２と部品２との間に存在する３枚構成のＦ−θレンズ１５によって、常に垂直に当たるようになっている。
【００４１】
図３において、１９は光が入力されたことを感知する光センサー、２０は光センサー１９に光が入力されたことを外部に知らせる信号であり、この信号はポリゴンミラー１２の各ミラー面が所定の角度に来たとき変化するもので、いわば、ポリゴンミラー１２の各面の原点信号（面原点）にあたる。更に、例えば１８面のポリゴンミラー１２であれば一回転に１８回の信号が、各々等間隔（１８面であれば２０度毎）の角度だけ回転したとき出力されることになる。これをポリゴンミラー１２のポリゴン面原点信号２０と呼ぶ。
【００４２】
本実施の形態における高さ画像センサー８は、２系統のＰＳＤ回路を有しているが、これは１系統ではレーザー光が部品に当たったときに、角度的にＰＳＤに反射光が帰ってこない場合があるため、これを補うのが主な目的で設けている。
【００４３】
３系統以上設けるほうが有効な場合もあるが、技術的には同じことであり、ここでは２系統で説明する。
【００４４】
ここで、前記の半導体位置検出素子（ＰＳＤ）１７ａ、１７ｂによる計測対象物である部品２の高さの測定方法の一例を、半導体位置検出素子１７ａの場合について代表して、図４に基づいて説明する。
【００４５】
図４において、Ｆ−θレンズ１５から紙面に垂直な方向（Ｙ軸方向）に走査して部品２の底面に投射されるレーザビームは，部品２の底面から乱反射する。この場合、投射された点が、部品の底面上の高さ０のＡ1 点と部品２の底面からの高さＨのＢ1 点とであるとする。
【００４６】
乱反射したレーザビームは結像レンズ１６ａによって集光され、それぞれが半導体位置検出素子（ＰＳＤ）１７ａの上のＡ2 点とＢ2 点とに結像する。その結果、Ａ2 点とＢ2 点とに起電力が発生し、それぞれＣ点から電流Ｉ1 、Ｉ2 、Ｄ点から電流Ｉ3 、Ｉ4 が取り出される。
【００４７】
電流Ｉ1 、Ｉ3 はＡ2 点とＣ点との間の距離ｘA とＡ2 点とＤ点との間の距離に比例する抵抗成分によって決まり、電流Ｉ2 、Ｉ4 は、Ｂ2 点とＣ点との間の距離ｘB とＢ2 点とＤ点との間の距離とに比例する抵抗成分によって決まるので、半導体位置検出素子１７ａの長さをＬとすると、図１１のｘA 、ｘB は次式のようにして決まる。
【００４８】
ｘA ＝ＬＩ3 ／（Ｉ1 ＋Ｉ3 ）
ｘB ＝ＬＩ4 ／（Ｉ2 ＋Ｉ4 ）
従って、図４の半導体位置検出素子１７ａの上でのＡ2 点とＢ2 点との間の距離Ｈ’は次式で決まる。
【００４９】
Ｈ’＝ｘA −ｘB 
このようにして求められたＰＳＤの上の高さＨ’に基づいて高さＨが決定される。
【００５０】
次に、高さ画像を撮像する仕組みを、図５を用いて説明する。
【００５１】
図５において、３０は画像処理コントローラ、２２はＸ軸ロボット５上で高さ画像の撮像のための基準位置を画像処理コントローラ３０に知らせる基準位置センサー、２３はヘッド部７がこの基準位置センサー２２を通過したときに、これを画像処理コントローラ３０に知らせる基準位置信号、２４ａはＸ軸ロボット５を移動させるモーター２４のエンコーダー、２５はエンコーダー２４ａの出力するエンコーダー信号である。
【００５２】
トレー３からピックアップされた部品２がＸ軸ロボット５によってＸ軸の上を移動するとき、エンコーダー２４ａは常にエンコーダー信号（ＡＢ相、Ｚ相またはこれと等価な信号）２５を画像処理コントローラ３０に与えており、基準位置センサー２２を部品２が通過するとき、基準位置信号２３が画像処理コントローラ３０に与えられることから、この両方の信号で部品２のＸ軸上の基準位置からの相対位置を画像処理コントローラ３０が算出できる。
【００５３】
一方、高さ画像センサー８内にあるポリゴンミラー１２の回転量は、これが回転している間ポリゴン面原点信号２０として常に画像処理コントローラ３０に与えられており、これと基準位置信号２３とからポリゴンミラー１２の基準位置通過後の回転量を算出することができる。
【００５４】
ここで、ポリゴンミラー１２の回転量はその速度に比例して増加し、Ｘ軸ロボット５の移動量も同様のことが言える。一方、本実施の形態における高さ画像センサー８では、ポリゴンミラー１２と高さ画像撮像時のＸ軸ロボット５は各々等速に回転・直進することを前提としている。もしも、この条件が乱れる場合には、撮像される高さ画像の水平・垂直方向の一画素当たりの分解能（画素サイズ）が速度ムラに応じてバラつくこととなる。これは、計測精度上の誤差要因である。そこで本実施の形態の部品認識方法に使用される電子部品装着機では、上記構成の高さ画像センサー８で高さ画像を画像処理コントローラ３０内にある画像メモリー３９（図７参照）に取り込むとともに、基本的に等速回転運動しているポリゴンミラー１２と、サーボモーターなどのモーターで駆動されているヘッド部７の間の動作の整合性を監視・制御するために、ポリゴンミラー１２のポリゴン面原点信号２０とモーターのエンコーダー信号２５とを用いるものである。
【００５５】
図７は、高さ画像センサー８の画像処理系を示すブロック図である。
【００５６】
前記画像処理コントローラー３０は高さ画像インターフェース３０Ａと画像処理部３０Ｂの２つのブロックに分割して構成されている。
【００５７】
画像処理コントローラー３０を２つに分けた理由は、図８に示す輝度画像センサー３と画像処理部３０Ｂを共有する必要があるので、２つのセンサーで共有できる部分（画像処理部）３０Ｂと共有できない部分（高さ画像インターフェース）３０Ａに分けたのである。
【００５８】
メインコントローラー３１は、図１に示される電子部品装着機全体をコントロールする。たとえば、サーボコントローラー３２を介して電子部品実装機のヘッド部７の位置をコントロールし、電子部品２の吸着、移動、プリント基板９への装着を行う。また、メインコントローラー３１の部品形状情報記憶部３１ａに記憶されている電子部品２の形状情報（ボディ高さ、ボディ幅、ボディ奥行き、リード２ａの個数、リード２ａのピッチなど）を２ポートメモリ４５を介して画像処理部３０Ｂのワークメモリ４４に転送し、電子部品２の三次元の位置検出を行う。また、その結果は、２ポートメモリ４５を介して画像処理部３０Ｂからもらって、電子部品２をプリント基板９に装着する際の位置（Ｘ、Ｙ、θ）補正計算に用いる。
【００５９】
Ｘ軸ロボット５とＹ軸ロボット６ａ、６ｂでは、サーボコントローラー３２が、Ｘ軸、Ｙ軸、θ軸、ノズル高さ軸の位置制御を行う。特に、Ｘ軸のモータのエンコーダ信号２５は、ヘッド部７のＸ軸上での位置を教えるため、また、Ｘ軸からの原点信号２３は、ヘッド部７が高さ画像の入力開始位置に来たことを教えるため、それぞれ高さ画像インターフェース３０Ａに出力され、高さ画像を取り込むスタートタイミングを測るのに用いられる。
【００６０】
高さ画像センサー８では、対象物である電子部品２から反射してきたレーザー光を計測する受光系は、レーザー光の反射ばらつきを考慮して２系統（チャネルＡとチャネルＢ）設け、信頼性を確保している。各受光系では、ＰＳＤ１７ａ、１７ｂで検出した微弱な信号を、プリアンプ３３で増幅し、ＡＤコンバーター３４で１２ビットのデジタルデータ（高さ演算の精度を確保するため、ここでは１２ビットのデジタルデータに変換している）に変換し、その信号１８ａ、１８ｂを高さ画像インターフェース３０Ａに出力している。また、ポリゴンミラー１２は常時回転しており、図３で示される機構によって、ポリゴン面原点信号２０をクロック部３５に入力している。クロック部３５では、高さデータをメモリに書き込む際に必要になる基準クロック（ＣＬＫ）を発生させると共に、ポリゴン面原点信号を基にして、高さデータ取り込みに必要な水平同期信号（ＨＣＬＲ）を発生させ、それぞれ高さ画像インターフェース部３０Ａに入力している。
【００６１】
高さ画像インターフェース３０Ａでは、高さ画像センサー８から入力される２系統の１２ビットのデータは、高さ演算部３６で８ビットの高さデータに変換される。チャネル選択部３７は、２系統（チャネルＡとチャネルＢ）ある高さ画像データをリアルタイムで比較し、それぞれのタイミングで確かな方の高さデータを選択している。たとえば、チャネルＡの高さ計算時にゼロによる割り算が発生すれば、チャネルＡの高さデータには異常を表す２５５が与えられるので、このような場合には、チャネルＢの値が選択される。もし両チャネルが２５５の異常値を示せば、高さデータとして２５５が出力される。また、両チャネルの高さデータが正常値であれば、両チャネルの高さデータの加算平均値が出力される。タイミング制御部３８は、高さデータを画像処理部３０Ｂの画像メモリ３９へ格納するためのタイミングである。クロック（ＣＬＫ）、水平同期信号（ＨＣＬＲ）、垂直同期信号（ＶＣＬＲ）を、画像処理部３０Ｂに出力している。垂直同期信号（ＶＣＬＲ）は、Ｘ軸ロボット５から原点信号２３を受けた後、あらかじめ定めておいたヘッド移動距離をエンコーダ信号２５でカウントして生成している。
【００６２】
画像処理部３０Ｂでは、チャネル選択部３７から出力された高さデータは、画像メモリ３９に格納される。画像メモリ３９に格納された高さデータは、プログラムに従って動作するＣＰＵ４０によって画像処理され、認識対象物である電子部品２の三次元の位置検出が行われる。プログラムは、プログラムメモリ４１に格納されている。電子部品２の幾何特徴を示す形状情報（外形高さ、外形幅、外形奥行き、リード２ａの個数、リード２ａのピッチなど）はメインコントローラ３１の部品形状情報記憶部３１ａに記憶されているが、この形状情報は高さ画像入力に先立ち、事前に２ポートメモリ４５を介してメインコントローラー３１からワークメモリ４４に送られてくる。認識対象物である電子部品２の位置検出は、この形状情報を基に行われる。
【００６３】
図１５は輝度画像センサー３による部品２の底面の撮像状態を示しており、輝度画像センサー３は、Ｙ軸方向に配された一次元ＣＣＤ素子７０を用いている。
【００６４】
この輝度画像センサー３は、部品２をヘッド部７でＸ軸方向に移動しながら撮像して、部品２の底面全体を撮像するものである。図１５において、４７は結像レンズ、４８は部品２の両側近傍箇所に配置された照明系である。
【００６５】
図８は、輝度画像センサー３の画像処理系を示すブロック図である。
【００６６】
メインコントローラー３１とサーボコントローラ３２及びＸ軸ロボット５、Ｙ軸ロボット６ａ、６ｂと画像処理部３０Ｂは、前記した高さ画像センサー８に用いたものと同様の構造なので、同一符号を付して説明を省略する。
【００６７】
前記輝度画像センサー３の一次元ＣＣＤ素子７０で受光した映像信号は輝度画像インターフェース５４へ出力される。輝度画像センサー３は、輝度画像インターフェース５４から送られてくるクロック（ＣＬＫ）で動作しており、画像走査のタイミングは水平同期信号（ＨＣＬＲ）で行っている。
【００６８】
輝度画像インターフェース５４に入力された映像信号は、ＡＤコンバーター５５で８ビットのデジタル輝度データに変換され、画像処理部３０Ｂへ出力される。クロック部５６では、前記データをメモリに書き込む際に必要になる基準クロック（ＣＬＫ）を発生させ、タイミング制御部５７に出力している。タイミング制御部５７は、前記データを画像処理部３０Ｂの画像メモリ３９へ格納するためのタイミング信号としてのクロック（ＣＬＫ）、水平同期信号（ＨＣＬＲ）を、画像処理部３０Ｂに出力している。水平同期信号（ＨＣＬＲ）は、エンコーダ２４ａからのエンコーダ信号２５によって知られるヘッド部７のＸ軸方向移動量に従って、輝度画像センサー３の１ライン分の距離を、電子部品２を吸着したヘッド部７が移動する度に発生させ、取り込んだ画像に誤差が発生しないようにしている。タイミング制御部５７から前記画像メモリ３９に送られる垂直同期信号（ＶＣＬＲ）は、Ｘ軸ロボット５から原点信号２３を受けた後、予め定めておいたヘッド移動距離をエンコーダ信号２５でカウントして生成している。
【００６９】
画像処理部３０Ｂには、輝度画像インターフェース５４から輝度データが入力される。輝度データはクロック（ＣＬＫ）、水平同期信号（ＨＣＬＲ）、垂直同期信号（ＶＣＬＲ）によって制御され、画像メモリ３９に格納される。画像メモリ３９に格納された輝度データは、プログラムに従って動作するＣＰＵ４０によって画像処理され、認識対象物である電子部品２の位置検出などが行われる。プログラムは、プログラムメモリ４１に格納されている。メインコントローラ３１の部品形状情報記憶部３１ａに記憶されている電子部品２の幾何特徴を示す形状情報（外形高さ、外形幅、外形奥行き、リード２ａの個数、リード２ａの直径、リード２ａのピッチなど）は、輝度画像入力に先立ち、事前に２ポートメモリ４５を介してワークメモリ４４に送られてくる。認識対象物である電子部品２の位置検出は、この形状情報を基に行われる。
【００７０】
尚、輝度画像センサーとしては、上記した一次元ＣＣＤ素子７０に限らず、例えば、図１６に示す二次元ＣＣＤ素子７１を備えたものを用いてもよい。
【００７１】
この二次元ＣＣＤ素子７１を備えた輝度画像センサー３’は、部品２の底面全体を一度に撮像するものであって、部品２はヘッド部７で吸着されて停止した状態で両側から照明系４８、４８で照らされて結像レンズ４７を介して前記二次元ＣＣＤ素子７１上に撮像される。
【００７２】
図９〜図１０は、高さ画像センサー８の座標系を説明するためのものであり、特に、図９（ｂ）と図１０（ｂ）は、それぞれのセンサー３、８で取り込んだ画像を表している。輝度画像センサー３、あるいは、高さ画像センサー８で取り込んだ画像を、同一の画像処理手段（画像処理部）３０Ｂで位置検出を行えるのは、高さ座標を、対象物である電気部品２から高さ画像センサー８に向かう方向を正として設定するからである。表面実装部分には必ず装着面が存在し、高さ座標軸を対象物である電子部品２から高さ画像センサー８方向に取ることにより、装着面の高さが最も高くなるようにすることができる。また、表面実装部品の装着面は、通常金属であり、輝度画像センサー３でこれらの部品を撮像すると、装着面の輝度がもっとも高くなり、これによって、輝度画像センサー３、あるいは、高さ画像センサー８で取り込んだ画像Ａ、Ｂを、同一の画像処理手段（画像処理部）３０Ｂで位置検出することが可能になる。
【００７３】
図９（ｂ）は、図９（ａ）の電子部品２を輝度画像センサー３で撮像した画像Ａを示すが、この画像Ａにおいて、最も白い部分（輝度が高い部分）ａ１およびｃ1 が部品２のリード２ａの先端２ｃおよび基部を示しており、灰色の部分（輝度が低い部分）ｂ１が、部品２の本体２ｂを示している
また、図１０（ｂ）は高さ画像センサー８で撮像した画像Ｂを示すが、この画像Ｂにおいて、最も白い部分（高さが大の部分）ａ２が部品２のリード２ａの先端２ｃを示しており、灰色の部分（高さが中間の部分）ｂ２が、部品２の本体２ｂを示している。リード２ａの基部は、高さ画像センサー３の検出範囲に存在しないので、図１０（ｂ）にｃ2 で示すように、高さ画像としては見えない。
【００７４】
また、図１０（ａ）は、高さ計測領域を示している。これは、８ビット画像領域なので、高さ画像データとしては、０〜２５５までの２５６通りの数値を扱うことができる。本実施形態では、便宜上、高さ座標軸を対象物である電子部品２から高さ画像センサー方向に取り、高さ計測の基準面を１２８とし、その範囲を８〜２４８としている。また、高さデータとして０や２５５などの値は、『高さデータが正しく得られなかった』などのエラーを表現するために使用している。
【００７５】
尚、高さ方向の分解能を１０μｍとすると、計測可能な範囲は、約±１．２ｍｍとなる。
【００７６】
次に、電子部品の認識方法および実装方法を、図６に示すフローチャートに基づき、ステップＳ１〜Ｓ１０の順に説明する。
【００７７】
Ｓ１  ノズル７で部品供給部４の電子部品２を吸着する。
【００７８】
Ｓ２  電子部品２のリード浮き検査を行う場合すなわち高さ画像センサー３による撮像を行う場合と、そうでない場合すなわち輝度画像センサー８による撮像を行う場合を判断する。
【００７９】
この判断のための情報は、設備の操作者が、部品２の幾何情報を示す形状情報記憶部３１ａ内に事前に設定しておけば、設備を自動運転することができる。リード浮き検査を行う場合にはステップＳ３へ、行わない場合にはステップＳ４に移行する。
【００８０】
Ｓ３  電子部品２を吸着したノズル７は高さ画像センサー８上に移動し、高さ画像センサー８で、電子部品２の高さ画像すなわち、三次元の位置データを取り込んで、その後ステップＳ５に移行する。
【００８１】
Ｓ４  電子部品２を吸着したノズル７は輝度画像センサー３上に移動し、輝度画像センサー３で、電子部品２の輝度画像すなわち二次元の位置データを取り込む。その後ステップＳ５へ移行する。
【００８２】
Ｓ５  輝度画像、あるいは、高さ画像を、共通の画像処理手段（画像処理部）３０Ｂで処理して、電子部品の二次元位置情報、すなわち電子部品２のＸ、Ｙ、θを検出する。
【００８３】
Ｓ６  高さ画像か輝度画像かを判断して、高さ画像の場合はステップＳ７へ移行し、輝度画像の場合はステップＳ１０に飛ぶ。
【００８４】
Ｓ７  画像処理手段３０Ｂで、高さ画像を処理し、電子部品２を理想的な仮想平面上に装着したときに接地する３本のリード位置を算出すると共に、前記仮想平面を数式で表現し、全てのリード位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）の仮想平面からの距離、すなわちリード浮き量を算出する。その後ステップＳ８に移行する。
【００８５】
Ｓ８  各リード浮き量が、予め定められた基準値を越えているか否かの判断を行い、いずれかの検出点１つでもリード浮き量が基準値を越えていると判断するとステップＳ９に、そうでないと判断するとステップＳ１０に移行する。
【００８６】
Ｓ９  リード浮き量が、予め定められた基準値を越えていれば、異常部品として廃棄され、処理は完了する。すなわち、ノズル７は電子部品２を廃棄場所に移動させて、そこで電子部品２を廃棄し、処理を終了する。
【００８７】
Ｓ１０  ステップ６で輝度画像を処理するもの（リード浮き量検出が不要なもの）と判断された場合、およびステップＳ８でリード浮き量が基準値を越えていず正常部品と判断された場合は、ノズル７は電子部品２を基板９上に移動させ、この基板９上の所定箇所に電子部品２を装着し、処理を終了する。
【００８８】
上記したように、本実施形態では、二次元の位置検出のみで十分な電子部品２に対しては輝度画像撮像センサー３を用いて二次元の位置検出を行い、この情報に基づいてＸ、Ｙ、θの位置補正を行って電子部品２を基板９に装着する。
【００８９】
他方、リード浮き検査が必要な電子部品２のように三次元の位置検出が必要な電子部品２に対しては、高さ画像センサー８を用いて三次元の位置検出を、電子部品２の所定方向から見た面全体に行い、Ｘ、Ｙ、θの位置情報のみならず、リード先端２ｃの浮きなどの高さ情報を得ることができ、リード先端２ｃの浮きなどがある電子部品２は異常部品として廃棄等し、正常部品のみを、Ｘ、Ｙ、θの位置補正を行って基板９に装着する。
【００９０】
上記のように２種類の画像センサー３、８を使い分けたのは、その処理スピードに大きな相違があるためである。
【００９１】
すなわち輝度画像センサー３におけるヘッド移動速度は、例えば４００ｍｍ／ｓｅｃであって、その画像入力に必要な時間は６０ｍｍ角の電子部品２で１５０ｍｓｅｃである。他方、高さ画像センサー８におけるヘッド移動速度は、例えば８０ｍｍ／ｓｅｃであって、画像入力に必要な時間は６０ｍｍ角の電子部品２で７５０ｍｓｅｃである。
【００９２】
このように、リード浮き量の検出などが不要な電子部品２に対しては、輝度画像センサー３のみを用いることにより、画像入力時間の短縮化を図れて生産性を高めることができる。
【００９３】
また、高さ画像センサー８のみを用いた場合には、輝度画像センサー３に比較し画像入力時間が長くなる（但し従来例に対しては短縮化が図られている。）が、リード浮き検査等を行うことができるので、信頼性の高い部品装着を行うことができる。
【００９４】
前記輝度画像センサー３と高さ画像センサー８とは、電子部品２の形状特徴に応じてそれぞれ独立して使い分けることができる。例えば、通常のリードレスの電子部品では、Ｘ、Ｙ、θの二次元の位置検出で十分であるので、輝度画像センサー３を用い、リード付きの電子部品や底面に多数の突起電極を有するＢＧＡ（Ball Grid Array ）タイプの電子部品等に対しては、高さ画像センサー８を用いて三次元の位置検出を行えばよい。
【００９５】
また、輝度画像センサー３と高さ画像センサー８とを、電子部品２に対して行う検査項目に応じて、それぞれ独立して使い分けることができる。例えば、電子部品２のリード浮き検査や前記ＢＧＡタイプの電子部品の突起電極の形状欠陥検査などが必要な場合には、高さ検出センサー８を用いて、その電子部品２の三次元位置検出を行えばよい。
【００９６】
なお、高さ画像の高さ座標系を、電子部品２から高さ画像撮像センサー８に向かう方向が正になるように設定することによって、高さ画像センサー８で取り込んだ高さ画像データと、輝度画像センサー３から得られた輝度画像データとを、同一の画像処理部３０Ｂで処理することができる。このようにすることによってコントローラの共通化が可能となり、また共通化したプログラムで画像処理を行うことができる。
【００９７】
【発明の効果】
本発明によれば、電子部品の形状特徴や検査項目等に応じて、輝度画像撮像手段と高さ画像撮像手段とを使い分けて電子部品の位置検出を合理的に行うことができる。また、リード浮き等の検出のために三次元の位置検出が必要な電子部品の認識、実装を、本発明の高さ画像撮像手段によって従来例に比較し、信頼性高くかつ格段に高速で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の部品認識方法に使用する部品装着装置の外観を示す斜視図である。
【図２】本発明の実施の形態における高さ画像撮像手段の断面図である。
【図３】実施の形態における高さ画像撮像手段の断面図である。
【図４】実施の形態における高さ位置測定方法の例を示す説明図である。
【図５】実施の形態における高さ画像撮像手段による計測方法を示す説明図である。
【図６】実施の形態の部品認識方法及び部品実装方法の動作手順を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態の高さ画像撮像手段の構成を示すブロック図である。
【図８】実施の形態の輝度画像撮像手段の構成を示すブロック図である。
【図９】（ａ）は実施の形態における電子部品の斜視図、（ｂ）は電子部品の輝度画像を示す説明図である。
【図１０】（ａ）は実施の形態における電子部品の高さ画像座標系を示す説明図、（ｂ）は電子部品の高さ画像を示す説明図である。
【図１１】電子部品の一例を示す斜視図である。
【図１２】従来の部品認識方法に用いられる電子部品装着機の斜視図である。
【図１３】従来の部品認識方法に用いられる電子部品装着機に装備される高さセンサーの断面図である。
【図１４】従来の部品認識方法及び部品実装方法の動作手順を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の実施形態における輝度画像手段の撮像状態を示す説明図である。
【図１６】輝度画像撮像手段の他の例の撮像状態を示す説明図である。
【符号の説明】
２        電子部品
２ａ      リード
２ｃ      リード先端
３        輝度画像センサー（輝度画像撮像手段）
４        部品供給部
８        高さ画像センサー（高さ画像撮像手段）
９        基板
３０Ｂ    画像処理部
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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