JPH02134900A - 多ピン部品の挿入装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多数の端子ピンを有するピングリッドアレイ
型の電子部品をプリント基板に挿入する装置に関する。

〔従来の技術〕

電子部品の実装の分野では、高密度化を図る上で有利な
ため、Ｘ子部品の基板接続用の端子の数が増大する傾向
がある。特にピングリッドアレイ型といわれる部品は第
９図に示すように、裏面に数百本から数千率の端子ピン
２を有し、これら端子ピンを基板に設けたスルーホール
に一括して挿入、はんだ付をして接続する構造となって
いる。

端子ピン２は一定のピッチで規則的に設けられて格子状
の配列となっておシ、挿入される基板側のスルーホール
もピンに対応して同様の配列となっている。

このような多ピン部品を基板に挿入する際、全ての潮干
ピンが対応するスルーホールに挿入可能となるためには
、高精度の位置合せが必要となシ、人手による挿入は困
難である。また、機械による挿入を行なう時も、チャッ
クで把持する部品外周面の寸法誤差、部品外形に対する
端子ピンの植付は位置のはらつき、ならびに基板穴位置
のずれ等よシ基板や部品の設計寸法をもとにした定位置
の挿入では失敗する場合がある。さらに、一般にこれら
の部品は高額であるため、挿入失敗による端子ピンの破
損は避けなければならず、信頼性の高い挿入が要求され
る。

上記した部品や基板の寸法ばらつきのうち、特に端子ピ
ンは部品の製造工程やその後のノ・ノドリンク時に変形
が生じる可能性が高いので、これに対処してピン先端位
置を計測し基準からのずれを位置合わせ時の補正量とす
れば、挿入の確度は大幅に向上する。

第１０図にこの方法による従来例を示す（特開昭６ｌ−
５６０００）。部品１の下面にある多数の端子ピン２の
うち、対角線位置にある３を基準ピンとし、これに光ガ
イド４で照明を与え、その反射光を同一面上にそれぞれ
２個ずつ設けである第１のセンサ５と第２のセンサ６で
検出し、部品１を正しい位置に補正する。センサ５，６
は、それぞれの光軸上に基準ピン３がある時、受光量最
大となるから、予めセンサ５，６を所定の位置に設置す
れば、部品を微動してそれぞれのセンサの出力が最大と
なる位置を捜すことで部品を前後、左右。

回転方向に位置決めすることができる。前述したように
部品位置決め時に最大の障害となるピン位置のずれに対
処して、部品外形ではなくピンによる位置決めを実現す
るこの方法は簡便で良い方式〔発明が解決しようとする
課題〕 しかしながら、上記従来技術は、特定の２本の端子ピン
を基準として位置合わせを行なうため、この２本のピン
の位置が本来の位置からずれている場合、大多数の他の
ピンが正しい位置にあっても、結果的に基準ピンの位置
に左右されて最適な位置合わせができ々いという問題が
あった。

格子状に配列された端子ピンのうち外周部や四隅にある
ものは変形を受は易い事実を考慮すると、格子配列の内
部も含めた多数のピン位置を参照して位置合わせを行な
う必要がある。また、端子ピンはど変形し易いものでは
ないが、基板のスルーホールもやはシ高い位置精度を保
つことが難しく、特に１個の部品に対応する穴同士は所
定の位置関係を満足しながらも、基板全体の伸縮等によ
り設計時の基準位置からずれを生じることがよく見られ
る。したがって、基板のスルーホールが形造る仮想的な
格子の位置も挿入時に測定して、そのずれを補正する必
要がある。

本発明の目的は、基板上のスルーホール位置のずれに対
処しつつ全ての端子ピンに最適な位置合わせが可能なピ
ングリッドアレイ型部品の挿入装置を提供することにあ
る。

〔ｌＷ組を解決するための手段〕

上記目的は、部品を把持したまま水平面内で回転し、か
つ任意の向きで停止可能なチャックを有する挿入ヘッド
機構と、チャックに把持された部品の列状に並んだ端子
ピンを横から見て重なり合うピンの像をとらえ、その太
さと中心位置を列ごとに一括して測定する手段と、プリ
ント基板を載せて直角２方向に移動し、位置決め可能な
テーブル機構と、当該テーブル上のプリント基板のスル
ーホールをカメラでとらえ、その位置を測定する手段と
、上記各測定手段による端子ピンおよびスルーホールの
位置測定結果から両者の位置合わせに必要な基準位置か
らの補正量を算出する計算手段とを備えた構成とするこ
とにより達成される。

〔作用〕

端子ピン位置の測定は、部品を把持し次状態で行ない、
挿入を完了するまでつかみ替えはしないため、部品の外
形寸法誤差は位置合わせに影響を与えない、そして、列
状に並んだ端子ピンを横から見て重なり合うピンの像を
とらえ、その太さと中心位置を列ごとに一括して測定す
る次め、全端子ピンの位置情報を短時間に明らかにする
ことができる。すなわち、挿入ヘッドの回転機構で部品
を微小回転させ、−列に並んだピン列の幅を最小にする
ことでピン列の並びの向きが明らかとなり、さらに部品
を９０″回転させ、直角２方向でそれぞれ各ピン列の中
心位置を求めることにより、把持した状態でのピン列の
位置が明らかとなる。

基板のスルーホール位置の測定は、プリント基板を載せ
て直角２方向に移動し、位置決め可能なテーブル機構を
用いて、格子状に並んだスルーホールの代表穴を一つず
カメラでとらえて画面中心に入れ、その時のテーブル移
動量を検出して行なう、スルーホール位置のずれは、前
述した通り１個の部品に対応する穴同士は所定の位置関
係を満足しながらも基板全体の基準位置からのずれによ
り生じる誤差であるから、このような方法で少数の代表
穴に対して測定を行なうだけで十分である。

最後に、端子ピンおよびスルーホールの位置測定結果を
もとに基準位置からのＸ、Ｙ、６方向への補正量を計算
手段を用いて算出する。そして、この補正量に基づいて
基板を載せたテーブルをＸ。

Ｙ方向に、部品を把持し九挿入ヘッド機構をθ方向にそ
れぞれ移動させることにより、所期の位置合わせを達成
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を第１図〜第８図によシ説明する
。

第１因に示すように、多数の端子ピン２を有する電子部
品１はチャック９に把持され、チャック９は挿入ヘッド
１０に取付けられて、モータ１１によ）水平面内で回転
し、かつ任意の向きで停止可能となっている。挿入ヘッ
ド１０は、ここには図示しない駆動モータとガイド機構
１２により上下に挿入動作が可能で任意の位置に停止す
ることができる。

レーザを用いた測定機の投光部１４と受光部１３は、ｉ
子部品１が挿入位置の直上にある時。

その端子ピン２の先端にレーザ光が照射される高さにセ
ットされ、後で詳述する列状に並んだ端子ピンの重なシ
合う像の太さと中心位置の測定が可能となっている。

部品１が挿入されるスルーホール８が設けられたプリン
ト基板７は移動ステージ１７に図示されない手段によっ
て固定され、移動ステージ１７は〜ｆはり図示されない
駆動モータ２台とガイド機構１５．１６によってＸ、Ｙ
２方向に移動し位置決めが行なえる。

カメラ３１は移動ステージ１７の直上に取付けられ、プ
リント基板７の全てのスルーホール８を視野に取り入れ
ることができ、図示されないモニタ装置にその拡大像を
写し出すようになっている。

つぎに、本実施例の制御部構成を第２図により説明する
。パーソナルコンピュータ（以下パソコンと称す）１８
は、レーザ測定機フン）ｏ−ル部１９と接続され、端子
ピンの測定に関するデータの取り込みを行なう。また、
パソコン１８はシーケンサ２０を介して下記のモータに
移動指令を与えて各機構に所定の動作を行なわせる。２
１，２２は移動ステージ１７のモータ用ドライバ、２３
゜２４はＸ、Ｙ各軸のモータを示し、移動ステージ１７
の各方向の移動量はカウンタ２５．２６によって計α］
されパソコン１８にフィードバックされる。２８．２７
はそれぞれ挿入ヘッド１０のθ軸回転用モータとそのド
ライバを示し、３０．２９はそれぞれ挿入ヘッド１０を
上下動させる挿入動作用の２軸モータとそのドライバを
示す、カメラ５１がとらえた画像はモニタ装置３２に写
し出される０点線で囲まれた部分３３は作業者を表わし
、作業者３３はモニタ装置３２に写し出されたスルーホ
ール像が画面の中央に位置するまでジョイスティック６
４を使用して移動ステージ１７上のプリント基板７の位
置を調節する。そして、スルーホール像が画面の中央に
一致した時に穴データ取込み用のボタン５５を押して、
その時点の移動ステージ位置をパソコン１８に取り込ま
せる。

パソコン１８は、レーザ測定機１９による端子ピンの測
定データおよびＸ　、Ｙ２方向のカウンタ２５．２６に
よる穴位置の測定結果をもとに部品と基板の位置合わせ
のための補正量算出を行なう。

また、後に記述するアルゴリズムに従って、挿入を行な
うための一連の動作指令もこのパソコン１８により行な
われる。

第６図は、本装置による１個の電子部品の挿入工程を示
すフローチャートである。挿入ヘッドに電子部品が把持
された状態から始まり、まず端子ピンの測定を行ない、
つぎに端子ピンが挿入される基板スルーホールのうち代
表として四隅穴の測定を行なう。端子ピン測定と基板穴
測定は平行して行なっても差支えない、また、端子ピン
測定において曲がりピンが検出された場合は、挿入を中
止してピンの破損を防止する。つぎに、端子ピンと基板
穴の測定結果をもとく位置合わせ補正量ΔＸ、ΔＹ、Δ
θを算出し、これに基づいて各軸のモータに移動指令を
与える。最後に、電子部品を基板に挿入して１個の電子
部品の挿入を終了する。

この工程を繰９返すことによシ、複数個の電子部品の挿
入を行なう。

つぎに、第３図により、端子ピンの測定を行なうために
本実施例で行なったレーザによる測定の原理を説明する
。３６は測定機投光部１４から照射されたレーザスキャ
ニング元を表わし、本来は微小な径のレーザスポット元
を測定機内部の回転鏡によシ走査元に変え、さらにレン
ズによシ平行に直したもので、走査方向の幅は電子部品
の端子ピン配列の長さと同等程度とすることができる。

レーザ走査光の幅が端子ピン配列の長さより小さく、−
度に全列の測定ができない時は、部品を移動して数回に
分けて行なう対策が必要である。上記した測定機内部に
存在する回転鏡やレンズ等に関しては、同図への記載を
省略する０列状に並んだ端子ピン２をその先端部がレー
ザ走査光にかかるように置くと、レーザ光はピンにさえ
ぎられて影を生じる。そして、ピン列によって断続した
レーザ光を測定機受光部１３にて再び一点に集光し、そ
の強度を検出する。この時、明あるいは暗の部分が持続
する時間を測定することによシ、図に示す寸法ａ、ｂ、
ｏの測定が可能になる。

第４図は電子部品１上の端子ピン２に図の上方向からレ
ーザ走査光をあてた状態を示す模式図で。

レーザ測定機は図に示す影の部分の寸法Ｂ、〜８５、お
よび隙間の部分の寸法ｔ、〜ｔ６　を測定する。

影の部分の寸法Ｓ、〜８５はピン列の幅であり、ピン列
の中心位置は列の幅の中央にあるとすれば、隙間の部分
の寸法ｔ、〜ｔ６と組み合わせて求めることができる。

各ピン列の中に大きな曲がりが生じたピンが含まれる場
合、ピン列の幅の測定値は変形量に応じて大きくなる。

そこで、挿入不可能なピンが含まれる場合のピンの列の
幅の測定値を判定基準として各列の幅測定値８．〜Ｂ５
との大小を比較することで挿入の可否の判定が可能であ
る。この挿入可否の判定を行なって、もし挿入不可能な
端子ピンが存在することがわかった場合は、挿入を中止
すれば、さらに挿入失敗に対する安全性が高まる。

レーザ走査光に対しピン列の並びが平行でない場合、挿
入へラド１０の回転機構を用いて電子部品１を微小量回
転させることによ）、ピン列の幅の値が増減する。この
ことを利用して各ピン列の幅が最小となる部品の向きを
求めることによシ、ピン先端の形造る仮想格子をレーザ
光の方向と平行にすることができる。後に説明する基板
との位置合わせの際、部品をこの状態にすれば、端子ピ
ンが原因となる回転補正を省略することができる。

一方向での測定が終了したら、部品を挿入ヘッド１０の
回転機構によシ直角方向に回転して同様の測定を行表い
、Ｘ、Ｙ両方向に関する端子ピンの位置を求める。各方
向での測定では全列に関するデータを得ることが望まし
いが、場合によっては列を分割して測定することも可能
である。これらの測定値の果状ならびに測定結果の計算
処理、挿入ヘッドの回転動作等はパソコン１８により自
動で行なわれる。

第５図は、このようにして得た端子ピンの位置の測定結
果からピンの形造る仮想格子の基準位置からのずれを求
める方法を示す、前述した方法で求めた各列の中心が本
来あるべき位置から離れている量をｄ、〜ｄ５　とする
と、求める仮想格子のずれ量はこれを平均してｄｘと算
出する。Ｙ方向に関しても同様にずれ量ｄｙを算出する
。

つぎに、第７図によシカメラ測定時の穴位置と電子部品
の位置関係を説明する。Ｈ１〜Ｈ４は代表穴とした四隅
穴を示し、その座標はカメラ３１による測定によって得
られる。　Ｃ，ｅ　Ｃ２はカメラ３１と挿入ヘッド１０
の回転中心間の距離を示し、これは装置調整段階で一度
測定を行なう必要がある。−度測定すれば、その後は定
数としてそのまま使用できる。ｄｘ、ｄ）’は前述し九
端子ピンの位置測定結果である。ピンが形成する格子の
基準位置からのずれ量である。Ｓは四隅ピンの目標位置
の寸法で、これは次に記す最小二乗法による補正量算出
において基板穴Ｈ５〜Ｈ４を近付ける目標の仮想的な四
隅ピンＰ、〜Ｐ４の位置を生成するための寸法である。

このＳにより、Ｐ、〜Ｐ４は次のように算出する。

ｐ、　＝ニー＜　Ｃ４ｌ　Ｃ２）＋（ｄｘ　Ｉ　ａ）’
　）　＋　（−８，５）Ｐ２　”（Ｃ１＋Ｃ２）＋（ｄ
ｘ＋ｄ７）＋（Ｓ＋　　Ｓ）ｐ、＝（Ｃ，＋０２）＋（
ａｘ、ａｙ）＋（ｓ、−５）Ｐ４＝ＣＧ、、Ｃ２）＋（
ｄＸ、ｄ７）＋（ＳＩＳ）第８図は最小二乗法による補
正移動量算出法の概念を示す図で、ｎ本のピンのうち１
番目のピンをＰｌ、それに対応する１番目の穴をＨｌと
し、それぞれのＸ＋ｙ座標をＰｉｔ　ｌ　ｐｔ２１　ｈ
ｉｌ　ｌ　ｈ１２とする。これら対応するピンと穴同士
の距離の全ての組み合わせについての二乗和が最小とな
るように、基板をΔＸ、ΔＹ１部品をΔθだけ補正移動
させる。この移動量ΔＸ、ΔＹ、Δθはピンと穴の位置
座標を与えるだけで算出できるので、その計算式を下記
する。

ΔＸニー（■ΔθΣＰ１．−―ΔθΣＰ□２−Σｈ１．
）・・・（１１ΔＹ＝−（―ΔθΣＰｉ１−μｓΔθΣ
Ｐ１２−Σｈ１□）・・・（２）ｆｔｌ　、　ｔｚ１式
におけるΔθは、（３）式の結果を代入して計算する。

この最小二乗法による位置合わせ補正を行なうことによ
り、計算対象とした全てのピンと穴に最適な位置を求め
ることができる。本実施例においては、全列測定結果に
基づく端子ビ／配列の位置情報と四隅大測定による四穴
の座標に本計算を適用して部品と基板の位置合わせを行
なう。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明してき九ように本発明によれば、基板上
のスルーホール位置のずれに対処しつつ全ての端子ピン
に最適な位置合わせが可能なので、挿入失敗によるピン
の破損を未然に防止でき、さらに挿入工程の安全性が高
まるため、回路接続の信頼性を向上する効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示す斜視図、第２図は実施例
の制御部構成を示す図、第５図はレーザによる端子ピン
の測定原理を示す図、第４図はレーザによる端子ピンの
測定状態を示す上面図、第５図はピン位置を求める方法
を示した上面図、第６図は挿入工程を示すフローチャー
ト、第７図は位置合わせ時のピンと穴の位置関係を示す
模式図、第８図は補正量算出法を示す斜視図、第９図（
ａ）。 （ｂ）は対象製品を示す側面図および下面図、第１０図
は従来技術を示す模式図である。 １・・・・・・電子部品、　　　　２・・・・・・端子
ピン７・・・・・・プリント基板、　８・・・・・・ス
ルーホール９・・・・・・チャック、　　　　１０・・
・・・・挿入ヘッド１２・・・・・・昇降ガイド、 １３．１４・・・・・・レーザ測定機 １７・・・・・・移動ステージ １８・・・・・・パソコン １９・・・・・・レーザ測定機制御部 ２０・・・・・・シーケンス ２５．２４・旧・・移動ステージ用モータ２５．２６・
・・・・・カウンタ ５１・・・・・・カメラ ３２・・・・・・モニタ装置 ３３・・・・・・作業者。 ｊｐ１１図 第２図 第６図 第４図 第５図 第６図 」７図 蔦８図 ０〕 ｅ 第９図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．ピングリッドアレイ型部品の端子ピンをプリント基
   板に設けられたスルーホールに挿入する装置において、
   部品を把持したまま水平面内で回転し、かつ任意の向き
   で停止可能なチャックを有する挿入ヘッド機構と、チャ
   ックに把持された上記部品の列状に並んだ端子ピンを横
   から見て重なり合うピンの像をとらえ、その太さと中心
   位置を列ごとに一括して測定する手段と、プリント基板
   を載て直角２方向に移動し、位置決め可能なテーブル機
   構と、当該テーブル上のプリント基板のスルーホールを
   カメラでとらえ、その位置を測定する手段と、上記各測
   定手段による端子ピンおよびスルーホールの位置測定結
   果から両者の位置合せに必要な基準位置からの補正量を
   算出する計算手段とを備えたことを特徴とする多ピン部
   品の挿入装置。