(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
略球状のバンプが片面に形成された電子部品に対しそのバンプ形成面に対向する側に撮像手段を配置し、この撮像手段により撮像した上記バンプ形成面についての画像に基づいて上記電子部品の認識を行う部品認識制御方法であって、
まず、上記バンプ形成面に対し対向する方向と直交する方向から光を照射した状態で上記撮像手段により上記バンプ形成面についての第１画像を撮像し、この第１画像に基づいてバンプの有無を判定するバンプ判定処理を行い、
次に、上記バンプ形成面に対し対向する方向から光を照射した状態で上記撮像手段により上記バンプ形成面についての第２画像を撮像し、この第２画像に基づいて上記バンプの位置を割り出すバンプ位置割り出し処理を、バンプ判定処理により所定のバンプが存在すると判定された電子部品に対してのみ行うようにすることを特徴とする部品認識制御方法。
【請求項２】
略球状のバンプが片面に形成され撮像位置に位置設定された電子部品に対しそのバンプ形成面に対向する側に配設された撮像手段と、上記バンプ形成面に対し対向する方向と直交する方向から光を照射する第１光源と、上記バンプ形成面に対し対向する方向から光を照射する第２光源とを用い、上記撮像手段により撮像した上記バンプ形成面についての画像に基づいて上記電子部品の認識を行う部品認識制御装置であって、
上記撮像位置に位置設定された電子部品のバンプ形成面に対し上記第１光源から光を照射した状態で上記撮像手段による撮像を行い第１画像を取得する第１撮像処理部と、
この第１撮像処理部により取得した第１画像に基づいてバンプの有無を判定するバンプ判定処理部と、
上記第１撮像処理部で対象としたものと同じ電子部品のバンプ形成面に対し上記第２光源から光を照射した状態で上記撮像手段による撮像を行い第２画像を取得する第２撮像処理部と、
この第２撮像処理部により取得した第２画像に基づいてバンプの位置を割り出すバンプ位置割り出し処理部と
を備え、
上記第２撮像処理部は、第１判定処理部により所定のバンプが存在すると判定された電子部品に対してのみ処理が実行されるように構成されていることを特徴とする部品認識制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フリップチップ用等の極小のバンプを有する電子部品の認識に用いられる部品認識制御方法及び部品認識制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記の如き電子部品には、図４に示すように電子部品本体７１の片面に多数の半球状のバンプ７３が形成されている。このような電子部品７は被実装用の基板に対し実装されるものであり、その実装に際しては部品収容部から表面実装機上の基板まで、吸着ノズルを備えたマウンタヘッドにより吸着されて移送されるようになっている。この実装に際しては、現在吸着されて基板に実装される予定の電子部品の良否等の判別が、上記マウンタヘッドの吸着ノズルに吸着された状態の電子部品をカメラで撮像し、その撮像した画像の画像認識に基づいて行われている。また、吸着した電子部品を基板上の所定の実装位置に対して精度良く装着するために、部品吸着後で装着前に、吸着ノズルに吸着された電子部品を撮像してその画像認識に基づきノズル中心と電子部品の中心とのずれ量を検出し、そのずれ量に対応して部品装着位置の補正を行うようにしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のカメラによる撮像に際し、撮像対象である電子部品のバンプ形成面に対する照明光の入射方向によって撮像される画像が大きく異なり、画像認識が困難になる場合がある。これは、主として、撮像対象となる電子部品７のバンプ形成面７２が全体的に鏡面とされ、この鏡面から半球状のバンプ７３が突出していることに起因する。
【０００４】
すなわち、図５に示すように吸着ノズル８に吸着されて所定位置に位置付けられた電子部品７のバンプ形成面７２に対し、その側方に配置された光源２０により側方からの照明光を照射するように構成されたものがある（サイド照明方式）。この場合には、バンプ形成面７２に側方から光を照射した状態で、バンプ形成面７２をこれに相対向するよう下方位置に配置したカメラ５により撮像すると、バンプ形成面７２自体に当たる照射光はカメラ位置以外の側方に反射する一方、バンプ７３の下半部の半球面に当たった照射光が反射して上記カメラ５に取り込まれることになる。この結果、撮像された画像は図６に示すようにバンプ形成面部分７２ａが暗くバンプ形成部分７３ａが丸く光った状態に写るものの、そのバンプ形成部分７３ａと周囲とのコントラストが不鮮明であり両者の境界は明確とはならない。このため、バンプ７３自体の表面はくっきりと鮮明に認識し得るものの、バンプ外縁位置の認識が困難となってバンプ中心位置の割り出しに精度を欠くものとなる。
【０００５】
一方、図７に示すように下方位置の光源４０からの光をハーフミラー４１を介して吸着ノズル８の中心軸方向に照明光を照射するように構成されたものも知られている（同軸照明方式）。この場合には、バンプ形成面７２に対し光が下から上向きに照射されるため、各バンプ７３の半球面に当たった照射光がカメラ位置以外の側方に反射する一方、バンプ形成面７２の鏡面に当たった照射光が反射してカメラに取り込まれることになる。この結果、撮像された画像は図８に示すように各バンプ形成部分７３ａが真っ黒となりバンプ形成部分７３ａ以外のバンプ形成面部分７２ａがくっきりと光った状態に写ることになる。この場合、バンプ形成面部分７２ａとバンプ形成部分７３ａとのコントラストが強調されて両者の境界位置が明確に認識可能である反面、バンプ形成部分７３ａの一部もしくは全部にたとえ欠損が存在していても正常なバンプ形成部分７３ａと同様に暗く写るためバンプ形成部分７３ａの良否判別に精度を欠くものとなる。
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、バンプの有無もしくは良否と、そのバンプの位置検出とを共に精度よく行い得る部品認識制御方法及び部品認識制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、略球状のバンプが片面に形成された電子部品に対しそのバンプ形成面に対向する側に撮像手段を配置し、この撮像手段により撮像した上記バンプ形成面についての画像に基づいて上記電子部品の認識を行う部品認識制御方法を対象として、以下のバンプ判定処理をまず行い、次に、バンプ位置割り出し処理を行う構成としたものである。すなわち、バンプ判定処理として、上記バンプ形成面に対し対向する方向と直交する方向から光を照射した状態で上記撮像手段により上記バンプ形成面についての第１画像を撮像し、この第１画像に基づいてバンプの有無を判定するようにする。そして、バンプ位置割り出し処理として、上記バンプ形成面に対し対向する方向から光を照射した状態で上記撮像手段により上記バンプ形成面についての第２画像を撮像し、この第２画像に基づいて上記バンプの位置を割り出すようにする。このバンプ位置割り出し処理を、バンプ判定処理により所定のバンプが存在すると判定された電子部品に対してのみ行うようにする。
【０００８】
この請求項１の部品認識制御方法によれば、バンプ判定処理においてバンプ形成面に対し側方から光が照射された状態、つまりサイド照明方式にてバンプ形成面についての第１画像が撮像される。この場合、第１画像にはバンプが正常な半球面を有するものであればそのバンプが上記サイド照明光を反射して光った状態で表れるため、複数個のバンプの有無が確実に判別・認識し得る上に、その複数個のバンプの一部の表面に欠損があればその部分が薄暗く表れて欠損の存在が確実に判別・認識し得ることになる。次に、バンプ位置割り出し処理において、バンプ形成面に対し相対向する方向に光が照射された状態、つまり同軸照明方式にてバンプ形成面についての第２画像が撮像される。この場合、第２画像にはバンプ部分を除く他のバンプ形成面が上記同軸照明光を反射して光った状態で表れる一方、バンプ部分の特に外縁部が暗く表れるため、バンプの外縁部位置が明確に認識し得ることになる。これにより、バンプの外縁部位置に基づくバンプの中心位置の割り出しが正確に行われることになる。後処理としては、ノズル中心に対する本来のバンプ位置（基準位置）と、上記で割り出したバンプの中心位置との比較により部品装着位置の補正量を割り出せばよい。
【０００９】
上記バンプ位置割り出し処理を、バンプ判定処理により所定のバンプが存在すると判定された電子部品に対してのみ行うようにする構成により、バンプ判定処理において、本来存在するはずのバンプがない不良品や、バンプの一部に欠損等のある不良品が除去され、無駄なバンプ位置割り出し処理の実行が回避される。
【００１０】
請求項２に係る発明は、略球状のバンプが片面に形成され撮像位置に位置設定された電子部品に対しそのバンプ形成面に対向する側に配設された撮像手段と、上記バンプ形成面に対し対向する方向と直交する方向から光を照射する第１光源と、上記バンプ形成面に対し対向する方向から光を照射する第２光源とを用い、上記撮像手段により撮像した上記バンプ形成面についての画像に基づいて上記電子部品の認識を行う部品認識制御装置を対象として以下の各処理部を備える構成とするものである。すなわち、上記撮像位置に位置設定された電子部品のバンプ形成面に対し上記第１光源から光を照射した状態で上記撮像手段による撮像を行い第１画像を取得する第１撮像処理部と、この第１撮像処理部により取得した第１画像に基づいてバンプの有無を判定するバンプ判定処理部と、上記第１撮像処理部で対象としたものと同じ電子部品のバンプ形成面に対し上記第２光源から光を照射した状態で上記撮像手段による撮像を行い第２画像を取得する第２撮像処理部と、この第２撮像処理部により取得した第２画像に基づいてバンプの位置を割り出すバンプ位置割り出し処理部とを備え、上記第２撮像処理部は、第１判定処理部により所定のバンプが存在すると判定された電子部品に対してのみ処理が実行されるように構成されているものとする。
【００１１】
この請求項２の部品認識制御装置によれば、バンプが形成された電子部品について、そのバンプの有無及び良否の判定・認識と、バンプの位置割り出しとが自動的に行われることになる。すなわち、第１撮像処理部により請求項１の場合に説明したサイド照明方式によるバンプ形成面についての第１画像が取得され、この第１画像に基づいてバンプ判定処理部によりバンプの有無等が判定されることになる。この判定処理は第１画像を例えば２値化処理等すればバンプの有無や上記欠損部の存在を容易に認識し得る。なお、グレイ処理を追加することにより、上記欠損部やバンプの表面異常等の存在をより確実に認識し得ることになる。そして、第２撮像処理部により上記の同軸照明方式によるバンプ形成面についての第２画像が取得され、この第２画像に基づいてバンプ位置割り出し処理部によりバンプ位置が割り出されることになる。このバンプ位置の割り出しは、第２画像を例えば２値化処理等してバンプ部分の暗部とバンプ形成面の明部との境界を連続させた円周軌跡からバンプ中心位置を割り出すようにすればよい。なお、このバンプ中心位置が割り出されれば、請求項１の場合と同様にノズル中心に対する本来のバンプ位置（基準位置）と、上記で割り出したバンプの中心位置との比較により部品装着位置の補正量を割り出す補正量演算処理部による処理を実行させればよい。
【００１２】
また、上記第２撮像処理部として、第１判定処理部により所定のバンプが存在すると判定された電子部品に対してのみ処理が実行される構成とすることにより、請求項１の場合と同様に不良品に対する無駄な処理の実行が回避されることになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の実施形態が適用された部品認識装置を示し、２は本発明の第１光源としての上部光源、３は中間部光源、４は本発明の第２光源としての下部光源、５は撮像手段としてのＣＣＤからなるカメラであり、これら光源２〜４及びカメラ５とこれらを収納する後記各ハウジング１１〜１３等で撮像用ユニット１が構成されている。６は部品認識制御装置を構成するコントローラである。また、７は部品認識対象である電子部品、８はこの電子部品７を吸着して移送及び図示省略の基板に対する実装等を行うためにマウンタヘッドに装備された吸着ノズルである。吸着ノズル８を装備するマウントヘッドは、図示省略の実装機の部品供給部と撮像用ユニット１の配置箇所と基板設置箇所とにわたり移動可能となっている。
【００１５】
まず、電子部品７について説明すると、この電子部品（例えばフリップリップ）７は電子部品本体７１（図４参照）の片面（バンプ形成面）７２に多数の略球状の極小のバンプ（ボールバンプ）７３が所定配置で形成されたものである。なお、図４には平面視で４×４の１６個のバンプ７３が形成された例を示している。そして、この電子部品７が上記バンプ形成面を下向きにした状態でマウンタヘッドの吸着ノズル８に吸着され、部品認識位置（図１の電子部品７の位置）まで移送されてきたものである。上記部品認識位置とは、吸着ノズル８の中心軸とカメラ５の光軸とが同軸上に位置付けられる位置であって、上記上部光源２、中間部光源３及び下部光源４の中心位置に対応する位置である。
【００１６】
次に、上記中間部光源３及び下部光源４はそれぞれ上部ハウジング１１内に配設され、上記カメラ５は上記上部ハウジング１１の下側に結合された下部ハウジング１２内に配設されている。この下部ハウジング１２が図示省略の表面実装機に対し取り付けられて支持されている。また、上記上部ハウジング１１には昇降ハウジング１３が上部ハウジング１１に対し昇降可能に装着されており、この昇降ハウジング１３に上記上部光源２が配設されている。そして、昇降ハウジング１３に対し、これを昇降させる駆動手段１４が設けられている。
【００１７】
上記上部光源２は、平面視で例えば八角形等の多角形の各辺を構成するように配設され、それぞれが上記多角形の中心側に向かうよう真横もくしは微小角度だけ斜め上向きに照明光を照射し得るようにされている。これにより、この上部光源２が点灯された場合には、上記部品認識位置の電子部品７の各バンプ７３及びバンプ形成面７２に対し側方から照明光が照射されるサイド照明を行うようになっている。なお、このようなサイド照明を行う上で、照明対象である電子部品７に応じて昇降ハウジング１３を昇降調整するようになっている。
【００１８】
上記中間部光源３は、例えば上記と同様に多角形の各辺を構成するように配置され、点灯された場合には略４５度の仰角で上記各バンプ７３及びバンプ形成面７２に対し斜め下方位置から斜め上方に向かう照明光を照射するようになっている。
【００１９】
上記下部光源４は、点灯された場合には横向きに照射した照明光をハーフミラー４１により上向きの照明光に変換して、上記各バンプ７３及びバンプ形成面７２に対し上向きに照明光が照射される同軸照明を行うようになっている。
【００２０】
以上の３種類の光源、すなわち、上部光源２、中間部光源３及び下部光源４はそれぞれコントローラ６により点灯・消灯等の作動制御がなされ、撮像処理の種類に応じていずれか１又は２以上の組み合わせで選択的に点灯作動が行われるようになっている。
【００２１】
次に、上記各光源２，３，４及びカメラ５を用いた部品認識及びその部品認識に基づく補正等についての制御を説明する。
【００２２】
上記コントローラ６は、図２に示すように第１撮像処理部６１と、バンプ判定処理部６２と、第２撮像処理部６３と、バンプ位置割り出し処理部６４と、位置補正量演算処理部６５と、ヘッド駆動制御部６６とを備えている。
【００２３】
上記第１撮像処理部６１は上記上部光源２によるサイド照明状態で第１画像を撮像し、この第１画像に基づいてバンプ判定処理部６２による判定処理が行われる。このバンプ判定処理部６２では、上記第１画像に基づきバンプ７３の良否、つまり複数あるバンプ７３の内の一部のバンプの欠損の有無及び個々のバンプ７３自体が正常に形成されているか否かといったバンプ良否の判定が行われる。
【００２４】
上記第２撮像処理部６３は上記下部光源４による同軸照明状態で第２画像を撮像し、この第２画像に基づいてバンプ位置割り出し処理部６４による処理が行われる。そして、バンプ位置割り出し処理部６４により割り出されたバンプ位置に基づいて部品装着位置の補正量が位置補正量演算処理部６５により演算され、この演算された補正量がヘッド駆動制御部６６に出力されるようになっている。補正量としては、直交平面基準軸に対するＸ軸方向ずれ量（ΔＸ）及びＹ軸方向ずれ量（ΔＹ）と、上記基準軸に対する回転方向ずれ量（Δθ）とからなる。
【００２５】
上記ヘッド駆動制御部６６は、図示省略の基板に対する上記電子部品７の基準実装位置に対し上記補正量を加味して目標実装位置を設定し、この目標実装位置にマウンタヘッドを移動させるよう、例えば平面方向のＸ軸駆動モータやＹ軸駆動モータ等のマウンタヘッド各種駆動部８０に対する駆動制御を行うようになっている。なお、６０はコントローラ６に接続されたディスプレイである。
【００２６】
以下、上記各処理部６１〜６６の処理を図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００２７】
まず、マウンタヘッドの吸着ノズル８に吸着された電子部品７が上記部品認識位置に位置付けられたことを確認して（ステップＳ１）、第１段階として、上部光源２を点灯させて上記電子部品７に対しサイド照明を行う（ステップＳ２）。このサイド照明状態でカメラ５によりバンプ形成面７２及び各バンプ７３についての第１画像を撮像して取り込む（ステップＳ３）。以上のステップＳ２及びＳ３が第１画像処理部６１により行われる。そして、上記第１画像に基づいてバンプ判定処理部６２によりバンプ７３の良否についての判定を行う（ステップＳ４）。
【００２８】
この良否の判定は次のようにして行えばよい。すなわち、上記第１画像Ｐ１（図６参照）では、バンプ７３が存在すれば少なくともそのバンプ部分７３ａがくっきりと明るく光り、それ以外のバンプ形成面部分７２ａが暗く影となる。従って、上記第１画像Ｐ１を例えば２値化処理すれば、バンプ形成部分７３ａの存在自体が明らかになる。これにより、多数のバンプ７３，７３，…の全数が所定通り有るか否かが確実に認識される。そして、もしも個々のバンプ７３の一部に欠損等が存在すれば、その部分が影となるため上記２値化処理によってもその一部欠損の存在を認識することが可能になる。なお、上記のバンプ７３，７３，…の良否の判定はディスプレイ６０に表示した第１画像Ｐ１に基づいて判定作業者の目視により行ってもよい。
【００２９】
このステップＳ４において今回の認識対象の電子部品７が一部のバンプ７３自体の欠損や個々のバンプ７３に一部欠損等を有する不良品であると認識判定されれば、その電子部品７を実装ラインから除外する一方（ステップＳ４で「ＮＯ」、Ｓ５）、上記電子部品７が不良品ではない良品であれば、上記上部光源２を消灯し下部光源４を点灯させて第２段階の処理に進行する（ステップＳ４で「ＹＥＳ」、Ｓ６）。
【００３０】
すなわち、上記下部光源４の点灯により電子部品７に対し同軸照明を行った状態でカメラ５により再度撮像して第２画像を取り込む（ステップＳ７）。これらステップＳ６及びＳ７が第２撮像処理部６３を構成する。そして、バンプ位置割り出し処理部６４による上記第２画像に基づきバンプ位置の割り出しを行う（ステップＳ８）。
【００３１】
このバンプ位置の割り出しは次のようにして行えばよい。すなわち、上記第２画像Ｐ２（図８参照）はバンプ形成部分７３ａ以外のバンプ形成面部分７２ａからの反射光により画像が構成され、特に各バンプ形成部分７３ａと周囲のバンプ形成面部分７２ａとの境界が明暗の強いコントラストで表れる。このため、上記第２画像Ｐ２を例えば２値化処理することにより各バンプ形成部分７３ａの境界円軌跡が明確に得られ、その境界円軌跡の各ＸＹ座標位置から各バンプ形成部分７３ａの中心位置のＸＹ座標値（バンプ位置）の割り出しを行うことができることになる。
【００３２】
そして、位置補正量演算処理部６５において、割り出された各バンプ位置と、吸着ノズル８の中心軸位置に対する基準の各バンプ位置との比較から、実際に今回吸着されている電子部品７のＸ軸方向補正量（ΔＸ）、Ｙ軸方向補正量（ΔＹ）及び回転方向補正量（Δθ）を演算により割り出す（ステップＳ９）。
【００３３】
以上で今回の電子部品７に対する部品認識が終了し、リターンすることにより次回の電子部品についての部品認識を順に行う。
【００３４】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の実施形態を包含するものである。すなわち、上記実施形態では、第１撮像処理部６１では上部光源２によるサイド照明のみを、第２撮像処理部６３では下部光源４による同軸照明のみをそれぞれ点灯作動させているが、これに限らず、例えば中間部光源３を同時に点灯作動させて併用させるようにしてもよい。
【００３５】
また、カメラ５としては、電子部品７のバンプ形成面７２の全体が同じ画角内に入るエリアセンサカメラの他に、上記バンプ形成面７２に対し一方向に走査するラインセンサカメラを用いてもよい。
【００３６】
【発明の効果】
以上、説明したように、請求項１もしくは請求項２に係る部品認識制御方法によれば、先ず電子部品のバンプ形成面に対し対向する方向と直交する方向から光を照射した状態で撮像した第１画像に基づいてバンプの有無を判定する処理を行い、次に、バンプ形成面に対し対向する方向から光を照射した状態で撮像した第２画像に基づいて上記バンプの位置を割り出す処理を行うようにしているため、バンプの有無もしくは良否と、そのバンプの位置検出とを共に精度よく行うことができるようになる。
【００３７】
特に、請求項２のように、バンプ位置割り出し処理を、バンプ判定処理により所定のバンプが存在すると判定された電子部品に対してのみ行うようにすれば、第１段階でのバンプ判定処理でバンプに欠落や欠損のある不良品を以後の処理対象から除外して部品認識の効率化を図ることができる。
【００３８】
また、請求項３もしくは請求項４に係る部品認識制御装置によれば、上記の部品認識制御方法を自動制御により確実に実現させることができ、請求項４にれば上記請求項２の部品認識制御方法を実現させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す断面模式図である。
【図２】図１のコントローラを示すブロック図である。
【図３】コントローラの部品認識の各処理を示すフローチャートである。
【図４】部品認識の対象である電子部品を下面からみた図である。
【図５】サイド照明方式の説明図である。
【図６】サイド照明方式により得られる画像例である。
【図７】同軸照明方式の説明図である。
【図８】同軸照明方式により得られる画像例である。
【符号の説明】
２  上部光源（第１光源）
４  下部光源（第２光源）
５  カメラ（撮像手段）
７  電子部品
６１  第１撮像処理部
６２  バンプ判定処理部
６３  第２撮像処理部
６４  バンプ位置割り出し処理部
７２  バンプ形成面
７３  バンプ
Ｐ１  第１画像
Ｐ２  第２画像
【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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