JP2019197018A - 平坦度検出方法、平坦度検出装置及び平坦度検出プログラム - Google Patents
平坦度検出方法、平坦度検出装置及び平坦度検出プログラム Download PDFInfo
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Abstract
Description
特許文献1に記載の装置は、部品の下方からライン光を照射する。特許文献1には、部品の下方からカメラによりライン光の投光像を撮像し、ライン光による光切断線から端子の平坦度やボールの高さデータを得ることが記載されている。
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、測定条件に係らず部品の傾きを正確に検出し、部品の検査精度を高めることができる平坦度検出方法、平坦度検出装置及び平坦度検出プログラムに関する。
(概略)
先ず、第一実施形態の説明に先立って、第一実施形態の平坦度の検出方法等の概略について説明する。第一実施形態は、部品の平坦度を検出することに適用される。ここで部品とは、他の部材と共に組立てに用いられる部材をいう。このような部品にあっては、歪みやサイズ及び形状にばらつきが生じると組立ての作業性を低下させる、あるいは完成品の精度や品質を低下させることから検査が必要になる。なお、第一実施形態でいう部品には、平面上に置かれて使用されることが要求される。平面上に置かれるとは、部品の少なくとも一部が平面に接するものであればよく、平面に固定されることまでは要求されない。また、基準点は、部品上の点または部品に取り付けられている部材の点のいずれであってもよく、「部品の基準となる点」は、撮像装置が検出可能な点であり、複数の部品において共通の点であってもよいし、部品ごとに異なる点であってもよい。
以下に説明する第一実施形態では、平坦度の検出方法、平坦度の検出装置及び平坦度の検出プログラムを、電子部品の端子上にある点を基準点として電子部品の平坦度を検出することに適用した例を挙げて説明する。
図1(a)に示したように、電子部品5は、本体51と、複数(8個)の端子511から端子518を有している。このような電子部品5の端子511〜518は、リードを本体51の側(内側)にJ字形に曲げて構成される、SOJ(Small Outline J-leaded)と呼ばれるものである。また、端子511〜518の各々について、z方向に向かう面(上面)上にある点のうち、例えば所定の位置にある点を基準点とする。
端子511〜518は、例えば、鉄及びニッケルの合金を材料としてプレス加工によって形成される。ただし、第一実施形態は、SOJの端子を有する電子部品に適用されることに限定されず、どのような端子を有する電子部品の平坦度を測定することにも適用できる。他の端子としては、例えば、半球状のはんだやボンディングワイヤと共に用いられるリードフレームが考えられる。また、端子には、用途や精度に応じて適宜金やニッケル合金及びはんだ等によりメッキ処理がなされている。
図2は、第一実施形態の平坦度検出装置3を含むシステム1を説明するためのブロック図である。図2に示した平坦度検出装置3は、3Dカメラ2と、検出された平坦度にかかる情報を出力する出力装置4と共にシステムを構成している。
平坦度検出装置3は、撮像装置である3Dカメラ2によって電子部品5を撮像した撮像データから電子部品5の平坦度を検出する。なお、ここで「平坦度」とは、電子部品5を水平な面においたときに電子部品5が水平方向の軸を中心として回動する度合いを指している。電子部品5が置かれた面に対して上記回動する場合、電子部品5は傾きの異なる複数の仮想的な面に対して接地可能になる。第一実施形態は、複数の仮想的な平面の各々に対する電子部品5の平坦度を検出するため、いずれの平面に対する電子部品5の平坦度を保障することができる。
第一実施形態では、入力部35が、電子部品5が複数(8つ)の基準点を有し、複数の基準点のうちから選択された少なくとも三つ(以下、選択点と記す)の位置に関する位置情報及び高さに関する高さ情報を取得する。また、平坦度検出装置3は、入力部35から入力された位置情報及び高さ情報を平坦度検出の演算に使用される位置情報及び高さ情報に変換する情報変換部31を備えている。第一実施形態では、入力部35及び情報変換部31が基準点情報取得部として機能する。
さらに、第一実施形態では、平坦度検出部34によって検出された平坦度から電子部品5の良否を判定する良・不良判定部36を備えている。
ここで、プレ処理は、仮想平面作成部32によって仮想平面を作成するまでもなく仮想平面判定部33によって無効平面と判定される可能性の高い仮想平面を選択することができる。仮想平面作成部32は、プレ処理部37によって作成すると判定された仮想平面の少なくとも一部を作成している。このようにすれば、第一実施形態は、仮想平面作成部32、仮想平面判定部33の処理に係る負荷を軽減することができる。
なお、上記「仮想平面の少なくとも一部を作成する」とは、例えば、プレ処理部37によって作成すると判定された仮想平面であっても、他の条件によって作成しない場合があることを意味している。
(3Dカメラ)
図3は、図2に示した3Dカメラ2の測定原理を説明するための模式図である。図3に示した3Dカメラ2は、基台62と天板61とを有するテーブル上に置かれた電子部品5を天板61の上方から撮像する。天板61は、例えば一方向に移動可能に構成されていてもよく、移動方向に配置された複数の電子部品5を順次撮像、検査するようにしてもよい。このような構成により、第一実施形態は、電子部品5の検査を流れ作業により短時間で実行することができる。天板61の高さは昇降ネジ63によって変更可能である。このため、3Dカメラ2は、電子部品5の高さによらず電子部品5の基準点に焦点を合わせることが可能になる。
また、このようなシステムは、3Dカメラ2を二つ備えて二方向から電子部品5を撮像し、画像において影になる部分が生じないようにしてもよい。
なお、TOF方式では、ライン光を高速のパルス光とし、投射光に対する反射光の位相遅れを計測するようにしてもよい。ただし、第一実施形態は、TOF方式を使って高さ情報を得ることに限定されず、撮像データから高さを得るものであれば、三角測距方式等の他の方法によって高さ情報を求めるものであってもよい。
3Dカメラ2から撮像データを直接入力する場合、入力部35は、データの入力インターフェースとして機能する。ただし、第一実施形態は、平坦度検出装置3に3Dカメラ2を接続してリアルタイムで撮像データを入力するものに限定されるものではない。例えば、3Dカメラ2によって生成された撮像データを記録媒体に保存し、後に入力部35から平坦度検出装置3に入力して処理するものであってもよい。また、第一実施形態は、3Dカメラ2と平坦度検出装置3とを離れた場所に設置し、3Dカメラ2によって生成された撮像データを、ネットワーク回線等を通じて平坦度検出装置3に送信するものであってもよい。このよう構成にあっては、平坦度検出装置3に設けられた受信装置が入力部35として機能する。
また、情報変換部31は、縞状のライン光のうち、基準点に投光されたライン光の投光から受光までの時間差によって生じる位相差を算出して電子部品5の表面からCMOSセンサまでの距離hを算出する。
プレ処理部37は、仮想三角形作成部38及び仮想三角形判定部39を有している。仮想三角形作成部38は、複数の基準点から三つの基準点を選択する。そして、選択された三つの基準点の位置情報及び高さ情報を取得する。さらに、仮想三角形作成部38は、各基準点を頂点にする三角形を作成し、この三角形の重心点を規定点とする。また、プレ処理部37には予め電子部品5の設計上の重心点がデータとして記憶されている。第一実施形態では、データとして記憶されている重心点を設計点とする。次に、仮想三角形判定部39は、上記の規定点と設計点との距離を求める。そして、求めた距離を予め設定されている閾値(長さ)と比較する。仮想三角形判定部39は、規定点と設計点との距離が閾値以内であるか否かにより、仮想三角形の有効、無効を判断する。
仮想三角形作成部38は、三つの選択端子の組み合わせを変更しながら全ての組み合わせについて仮想三角形を作成する。この結果、第一実施形態では、8C3個の仮想三角形が作成される。
このようなプレ処理によれば、多くの場合、端子511〜518のうちの隣接する端子を含む三端子によって規定された仮想三角形が無効三角形であると判定される。このような三端子は、電子部品5を支えられない可能性が高いためである。
以上の処理は、上面51aの局所的な傾きや凹凸が反映された仮想平面が有効平面として採用されることを防ぐことができる。
仮想平面作成部32は、仮想三角形判定部39の判定結果に基づいて、有効三角形のみを抽出する。そして、有効三角形の頂点となった三つの基準点mの位置情報及び高さ情報により仮想平面を作成する。仮想平面は、三つの基準点mを通る平面であり、第一実施形態でいう仮想平面の作成は、このような平面を表す演算式、あるいは平面に含まれる点を表すデータの集合を作成することによって行われる。第一実施形態においては、仮想三角形判定部39によって有効三角形が35個抽出されたので、35個の仮想平面が作成される。
次に、仮想平面判定部33は、全ての端子511〜518についてCMOSセンサ21aから基準点mまでの距離hで表されている高さ情報を、仮想平面作成部32によって作成された仮想平面から各基準点mまでの高さ情報に変換する。変換により、高さ情報は高さの基準がCMOSセンサ21aの受光面から仮想平面に変化する。なお、変換前の高さ情報の基準はCMOセンサ21aの受光面に限定されるものでなく、任意の点でよい。
仮想平面判定部33は、仮想平面作成部32によって作成された複数の仮想平面が有効平面であるか、または無効平面であるかを判定する。ここで、有効平面は、第一実施形態において電子部品5が適正に実装された実装基板の面を模擬したものである。有効平面は一つではない場合もあり、電子部品5の置かれる方向や置かれた状態の重心の位置等によって複数存在し得る。無効平面は、全ての仮想平面から有効平面と判定された仮想平面を除いたものである。
このような処理は、基準点mが仮想平面よりも上方に突出すると、電子部品5の端子が実装面に向かうように実装した際に端子が実装面に埋まることになるからである。第一実施形態は、図1(a)に示したように表面実装型の端子511〜518に適用されるので、端子511〜518が実装面に埋まることは起こり得ないとして仮想平面が無効平面であると判定している。
言い換えれば、実際の実装においては、端子を実装面に埋め込むことは不可能であるので、上方に基準点mがあるとの演算結果が得られた仮想平面は実際の実装面と相違する。実状に則した実装面を求めるため、このような結果を得た仮想平面は有効平面から排除される。
平坦度検出部34は、仮想平面判定部33によって有効平面であると判定された仮想平面のみに基づいて、有効平面から各端子の基準点mまでの高さにより電子部品5の平坦度(傾き)を算出する。第一実施形態でいう平坦度は、電子部品5を図示しない実装基板上に置いたときの「ガタツキ」の指標となる。ガタツキは、電子部品5の傾きや端子の取り付け角度等によって端子511〜518の高さにばらつきがあるときに生じる。このため、第一実施形態では、平坦度検出部34が端子511〜518の有効平面を基準にした高さを検出することによって平坦度を検出している。ただし、このときに電子部品5が天板61に対して傾いて接している場合、端子の高さを正確に検出することができなくなる。このため、第一実施形態は、端子の高さを有効平面のみを基準にして測定し、電子部品5の傾きによらず端子それぞれの有効平面を基準にした高さを正確に検出することができる。
また、第一実施形態は、複数の仮想平面が有効平面であると判定された場合、平坦度検出部34が複数の有効平面の各々について平坦度を検出するようにしてもよい。そして、複数の有効平面を基準にして得られた複数の平坦度のうち、端子高さの最大値と最小値とを求めるようにしてもよいし、平均値を求めるものであってもよい。
良・不良判定部36は、例えば端子の高さが予め定められている許容範囲内にない場合、この端子を持つ電子部品5を不良品と判定する。また、端子の高さが全て許容範囲内にある場合、この端子を持つ電子部品5を良品と判定する。
なお、複数の有効平面が得られた場合、第一実施形態は、複数得られた有効平面のうち、電子部品5が良品と判定されるのに最も不利な有効平面を基準にして平坦度を算出してもよい。電子部品5が良品と判定されるのに最も不利な有効平面とは、例えば、端子高さが許容範囲の上限あるいは下限に最も近くなる有効平面である。このようにすれば、第一実施形態は、電子部品5の検査のマージンを充分にとって信頼性を高めることができる。
図6は、以上説明した平坦度検出装置3を使って行われる平坦度検出方法を説明するためのフローチャートである。図6に示したように、第一実施形態の平坦度検出方法は、3Dカメラ2によって電子部品5を撮像した撮像データから電子部品5の平坦度を検出する平坦度検出方法である。そして、平坦度検出方法は、電子部品5の複数の基準点mに関する位置情報及び高さに関する高さ情報を取得する基準点情報取得工程(ステップS601)と、複数の基準点のうち、選択された少なくとも三つの選択点の位置情報及び高さ情報により仮想平面を作成する仮想平面作成工程(ステップS605)と、選択点を除く基準点の仮想平面を基準にした高さ情報により、この仮想平面が有効平面であるか、または無効平面であるか判定する仮想平面判定工程(ステップS607)と、有効平面を基準にして部品の平坦度を検出する平坦度検出工程(ステップS608)と、含んでいる。
なお、ステップS608においては、平坦度検出部34が、複数の仮想平面が有効平面であると判定された場合、複数の有効平面の各々を基準にした部品の平坦度を計算、統計する。仮想平面が有効平面であるか否かを判定するステップS607においては、複数の仮想平面が有効平面であると判定された場合、その後の良・不良を判定するステップ608においては複数の有効平面の各々を基準にした電子部品5の平坦度を計算、統計し、良品か不良品かについて判定する。
図7に示したように、複数の端子のいずれかがNGと判定された場合、電子部品5は不良品であると判定される。
また、第一実施形態においては、仮想三角形作成、有効三角形、無効三角形の判定、仮想平面作成、端子高さの検出、有効平面、無効平面の判定、平坦度統計(検出)及び良品、不良品判断の手順で端子を有する電子部品5の平坦度の検出を行うことを説明した。しかし、第一実施形態は、このような手順に限定されるものでなく、上記工程の順番を入れ替えて行うものであってもよい。例えば、三つの基準点m(三角形)に基づいて仮想平面を作成し、それらの仮想平面から全ての端子の基準点mまでの高さを統計し、有効平面を判断し、有効平面の上記三角形の中心、重心外れ具合を判断し、有効三角形を有する有効平面の上記端子の高さを平坦度として統計し、最後に良品、不良品の判定を行ってもよい。
次に、本発明の第二実施形態を説明する。第二実施形態は、第一実施形態と同様に、部品が電子部品5であって、かつ、基準点が電子部品の端子である場合に適用される。そして、基準点情報取得工程においては、電子部品5の端子511〜518上の複数の点を基準点として位置情報及び高さ情報を複数取得する。また、第二実施形態の平坦度検出方法は、有効平面を基準にした高さ情報を端子高さとし、この端子高さにより有効平面に対する端子511〜518の傾きを検出する端子傾き検出工程をさらに含んでいる。
また、第二実施形態では、例えば、端子518の上面視における二つの端部(端子の根元と先)の有効平面Pを基準にした高さを検出し、この傾きを求めるようにしてもよい。端子端部は画像データから検出し易い上、高低差が得やすいからである。
また、第二実施形態は、端子511〜518の上面視における両端の高さを測定することができるので、電子部品5に対する端子511〜518の状態をより詳細に観察することができる。また、第二実施形態の処理を第一実施形態と併せて行えば、両者で取得データを共用できるので電子部品5の検査効率をいっそう高めることができる。
また、以上説明した第一実施形態、第二実施形態では、特許文献2のようにガラスを通して電子部品5を撮影しないので、ガラスの傷、不純物及び透過率等が測定に影響することがない。また、このような第一実施形態、第二実施形態は、ガラスに起因する信号のノイズを除去する構成が不要になって装置の簡易、小型化に有利である。
(1)撮像装置によって部品を撮像した撮像データから前記部品の平坦度を検出する平坦度検出方法であって、前記部品の複数の基準点に関する位置情報及び高さに関する高さ情報を取得する基準点情報取得工程と、複数の前記基準点のうち、選択された少なくとも三つの選択点の前記位置情報及び前記高さ情報により仮想平面を作成する仮想平面作成工程と、前記選択点を除く前記基準点の前記仮想平面を基準にした前記高さ情報により、当該仮想平面が有効平面であるか、または無効平面であるか判定する仮想平面判定工程と、前記有効平面を基準にして前記部品の平坦度を検出する平坦度検出工程と、を含む、平坦度検出方法。
(2)前記仮想平面作成工程は、前記仮想平面の作成に先立って行われるプレ処理工程を含み、前記プレ処理工程は、前記位置情報及び前記高さ情報の少なくとも一方により規定される規定点と、前記部品の設計上規定される設計点との距離により、前記仮想平面作成工程において前記仮想平面を作成するか否か決定する、(1)の平坦度検出方法。
(3)前記仮想平面判定工程においては、一つの前記仮想平面を基準にして複数の前記基準点の高さ情報を取得し、複数の前記高さ情報のうちに前記仮想平面よりも前記基準点が前記部品から遠い位置にあることを示すものがある場合に当該仮想平面を無効平面であると判定し、前記無効平面と判定されなかった前記仮想平面の少なくとも一部を前記有効平面であると判定する、(1)または(2)の平坦度検出方法。
(4)前記仮想平面判定工程においては、前記基準点情報取得工程により取得された前記高さ情報を、前記仮想平面から前記基準点までの高さに変換する、(3)の平坦度検出方法。
(5)前記平坦度検出工程においては、前記仮想平面判定工程において複数の仮想平面が前記有効平面であると判定された場合、複数の前記有効平面の各々を基準にした前記部品の平坦度を検出する、(1)から(4)のいずれか一つの平坦度検出方法。
(6)前記部品が端子を有する電子部品であって、前記基準点情報取得工程においては、前記電子部品の前記端子上の複数の点を前記基準点として前記位置情報及び高さ情報を複数取得し、前記有効平面を基準にした前記高さ情報を前記端子の端子高さ情報に変換し、当該端子高さ情報により前記電子部品に対する前記端子の傾きを検出する端子傾き検出工程をさらに含む、(1)から(5)のいずれか一つの平坦度検出方法。
(7)撮像装置によって部品を撮像した撮像データから前記部品の平坦度を検出する平坦度検出装置であって、前記部品の複数の基準点に関する位置情報及び高さに関する高さ情報を取得する基準点情報取得部と、複数の前記基準点のうち、選択された少なくとも三つの選択点の前記位置情報及び前記高さ情報により仮想平面を作成する仮想平面作成部と、前記選択点を除く前記基準点の前記仮想平面を基準にした前記高さ情報により、当該仮想平面が有効平面であるか、または無効平面であるか判定する仮想平面判定部と、前記有効平面を基準にして前記部品の平坦度を検出する平坦度検出部と、を有する、平坦度検出装置。
(8)撮像装置によって部品を撮像した撮像データから前記部品の平坦度を検出する平坦度検出プログラムであって、コンピュータに、前記部品の複数の基準点に関する位置情報及び高さに関する高さ情報を取得する基準点情報取得機能と、複数の前記基準点のうち、選択された少なくとも三つの選択点の前記位置情報及び前記高さ情報により仮想平面を作成する仮想平面作成機能と、前記選択点を除く前記基準点の前記仮想平面を基準にした前記高さ情報により、当該仮想平面が有効平面であるか、または無効平面であるか判定する仮想平面判定機能と、前記有効平面を基準にして前記部品の平坦度を検出する平坦度検出機能と、を実現させる、平坦度検出プログラム。
3・・・平坦度検出装置
4・・・出力装置
5、75・・・電子部品
7、71、72・・・画像
1〜8・・・識別番号
21a、21b・・・CMOSセンサ
22a、22b・・・結像レンズ
23・・・ハーフミラー
24・・・集光レンズユニット
25・・・光源
26・・・投光レンズユニット
31・・・情報変換部
32・・・仮想平面作成部
33・・・仮想平面判定部
34・・・平坦度検出部
35・・・入力部
36・・・良・不良判定部
37・・・プレ処理部
38・・・仮想三角形作成部
39・・・仮想三角形判定部
51・・・本体
51a・・・上面
51b・・・下面
61・・・天板
62・・・基台
63・・・昇降ネジ
511〜518、711・・・端子
P、P1・・・有効平面
P2・・・水平面
Claims (8)
- 撮像装置によって部品を撮像した撮像データから前記部品の平坦度を検出する平坦度検出方法であって、
前記部品の複数の基準点に関する位置情報及び高さ情報を取得する基準点情報取得工程と、
複数の前記基準点のうち、選択された少なくとも三つの選択点の前記位置情報及び前記高さ情報により仮想平面を作成する仮想平面作成工程と、
前記選択点を除く前記基準点の前記仮想平面を基準にした前記高さ情報により、当該仮想平面が有効平面であるか、または無効平面であるか判定する仮想平面判定工程と、
前記有効平面を基準にして前記部品の平坦度を検出する平坦度検出工程と、
を含む、平坦度検出方法。 - 前記仮想平面作成工程は、前記仮想平面の作成に先立って行われるプレ処理工程を含み、
前記プレ処理工程は、前記位置情報及び前記高さ情報の少なくとも一方により規定される規定点と、前記部品の設計上規定される設計点との距離により、前記仮想平面作成工程において前記仮想平面を作成するか否か決定する、請求項1に記載の平坦度検出方法。 - 前記仮想平面判定工程においては、一つの前記仮想平面を基準にして複数の前記基準点の高さ情報を取得し、複数の前記高さ情報のうちに前記仮想平面よりも前記基準点が前記部品から遠い位置にあることを示すものがある場合に当該仮想平面を無効平面であると判定し、前記無効平面と判定されなかった前記仮想平面の少なくとも一部を前記有効平面であると判定する、請求項1または2に記載の平坦度検出方法。
- 前記仮想平面判定工程においては、前記基準点情報取得工程により取得された前記高さ情報を、前記仮想平面から前記基準点までの高さに変換する、請求項3に記載の平坦度検出方法。
- 前記平坦度検出工程においては、前記仮想平面判定工程において複数の仮想平面が前記有効平面であると判定された場合、複数の前記有効平面の各々を基準にした前記部品の平坦度を検出する、請求項1から4のいずれか一項に記載の平坦度検出方法。
- 前記部品が端子を有する電子部品であって、前記基準点情報取得工程においては、前記電子部品の前記端子上の複数の点を前記基準点として前記位置情報及び高さ情報を複数取得し、
前記有効平面を基準にした前記高さ情報を前記端子の端子高さ情報に変換し、当該端子高さ情報により前記電子部品に対する前記端子の傾きを検出する端子傾き検出工程をさらに含む、請求項1から5のいずれか一項に記載の平坦度検出方法。 - 撮像装置によって部品を撮像した撮像データから前記部品の平坦度を検出する平坦度検出装置であって、
前記部品の複数の基準点に関する位置情報及び高さ情報を取得する基準点情報取得部と、
複数の前記基準点のうち、選択された少なくとも三つの選択点の前記位置情報及び前記高さ情報により仮想平面を作成する仮想平面作成部と、
前記選択点を除く前記基準点の前記仮想平面を基準にした前記高さ情報により、当該仮想平面が有効平面であるか、または無効平面であるか判定する仮想平面判定部と、
前記有効平面を基準にして前記部品の平坦度を検出する平坦度検出部と、
を有する、平坦度検出装置。 - 撮像装置によって部品を撮像した撮像データから前記部品の平坦度を検出する平坦度検出プログラムであって、コンピュータに、
前記部品の複数の基準点に関する位置情報及び高さ情報を取得する基準点情報取得機能と、
複数の前記基準点のうち、選択された少なくとも三つの選択点の前記位置情報及び前記高さ情報により仮想平面を作成する仮想平面作成機能と、
前記選択点を除く前記基準点の前記仮想平面を基準にした前記高さ情報により、当該仮想平面が有効平面であるか、または無効平面であるか判定する仮想平面判定機能と、
前記有効平面を基準にして前記部品の平坦度を検出する平坦度検出機能と、
を実現させる、平坦度検出プログラム。
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