JPH11251791A

JPH11251791A - 部品認識方法及び部品実装方法

Info

Publication number: JPH11251791A
Application number: JP10049840A
Authority: JP
Inventors: Masamichi Morimoto; 正通森本; Atsushi Tanabe; 敦田邉; Akira Noudo; 章納土; Kimiaki Sano; 公昭佐野
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1998-03-02
Filing date: 1998-03-02
Publication date: 1999-09-17
Anticipated expiration: 2018-03-02
Also published as: JP3923168B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電子部品の二次元位置検出と三次元位置検出
とを選択でき、しかも電子部品の装着に要する時間を短
縮できて生産性を高めることができ、且つ信頼性を高め
る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。【解決手段】電子部品２の底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３と、電子部品２の底面
全体の高さ画像データを得るための高さ画像撮像手段８
とを備え、前記輝度画像撮像手段３による二次元の位置
検出と高さ画像撮像手段８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２の位置検出を行う
ようにした。

Description

【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***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（〜）の順
に説明する。

【０００８】ノズル７で電子部品２を吸着する。

【０００９】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】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】電子部品２のリード２ａの浮き検査を
行わない場合には、へ飛ぶ。

【００１２】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Ｃ
ＣＤ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】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】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
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に移行する。

【００１５】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】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、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ことを特徴としている。

【００２１】更に、前記輝度画像撮像手段と前記高さ画
像撮像手段は、電子部品の形状特徴に応じて、それぞれ
独立に使い分けるようにすると好適である。

【００２２】また、前記輝度画像撮像手段と前記高さ画
像撮像手段は、電子部品に対して行う検査項目に応じ
て、それぞれ独立に使い分ける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
する方法において、電子部品の移載経路に、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
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
することを特徴としている。

【００２６】更に、電子部品の形状特徴に応じて、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うようにすると好適であ
る。

【００２７】また、電子部品に対して行う検査項目に応
じて、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うようにすると
好ましい。

【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***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、１
７ｂ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１
２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ＰＳ
Ｄ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***置検出素子（ＰＳ
Ｄ）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***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１６
ａによって集光され、それぞれが半導***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ｘ_A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ｘ_B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***置検出素子１７
ａの長さをＬとすると、図１１のｘ_A、ｘ_Bは次式のよ
うにして決まる。

【００４８】ｘ_A＝ＬＩ₃／（Ｉ₁＋Ｉ₃）ｘ_B＝ＬＩ₄／（Ｉ₂＋Ｉ₄）従って、図４の半導***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’＝ｘ_A−ｘ_B 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３
０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３０
Ａ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（ＨＣＬ
Ｒ）、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３
７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、６
ｂ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（ＣＬ
Ｋ）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４
１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２５
５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１
５０ｍｓｅｃ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（Ba
ll 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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐野公昭大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】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
置検出を行うことを特徴とする部品認識方法。
【請求項２】前記輝度画像撮像手段と前記高さ画像撮像
手段は、電子部品の形状特徴に応じて、それぞれ独立に
使い分けるようにした請求項１に記載の部品認識方法。
【請求項３】前記輝度画像撮像手段と前記高さ画像撮像
手段は、電子部品に対して行う検査項目に応じて、それ
ぞれ独立に使い分けるようにした請求項１に記載の部品
認識方法。
【請求項４】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
るようにした請求項１〜３のいずれかに記載の部品認識
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１〜４のいずれかに記
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、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ことを特徴
とする部品実装方法。
【請求項７】電子部品の形状特徴に応じて、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うようにした請求項６に記載の部
品実装方法。
【請求項８】電子部品に対して行う検査項目に応じて、
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うようにした請求項６
に記載の部品実装方法。