JPH0312799B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は電子部品の位置決め装置に係り、特に
電子部品の基板（プリント基板）に対する位置ず
れを検出してこれを補正する装置に関する。

〔発明の背景〕

プリント基板（印刷回路板）上に電子部品を塔
載する際の位置決め作業を行う装置について、以
下従来の方式をいくつか挙げる。

第１図に側面図で示すものは、その一方式であ
り、水平に置かれたプリント板１の導体のパター
ン２上に間隙を置いて部品４のリード３を粗位置
決めし、作業員８が直接ルーペ７を通してパター
ン２およびリード３の像を目視しながら、部品４
またはプリント板１を移動させて位置ずれを補正
するものである。

また第２図に斜視図で示すものは、別の方式で
あり、プリント板１のパターン２上に部品４のリ
ード３を粗位置決めし、この部品４を真上からカ
メラ５で撮像し、テレビジヨン６に写し出す。作
業員が拡大して写し出された部品像４′を目視し
ながら、部品４またはプリント板１を移動させて
位置ずれを補正するものである。

しかし部品４のリード３がより高密度化してく
るに従つて、部品４の高精度な位置合わせが要求
されるようになり、以上述べたような人間が目視
でリード３とパターン２との相対位置関係をとら
え、位置合わせをする方法は、生産効率および精
度の点で問題になり、自動位置決め装置が必要に
なつてきた。

パターン認識を利用した自動位置決め装置も
種々のタイプのものが開発されている。第３図に
側面よりみた系統図で示す装置もこの種の自動位
置決め装置の一つである。チヤツク９は部品４を
捕促するチヤツク、照明器１０はリード３および
パターン２を照明するランプである。レンズ１１
は照明器１０から発せられプリント板１およびリ
ード３で反射した光線を収束させるレンズ、カメ
ラ１２はパターン２撮像用であり、パターン２に
焦点を合わせられたカメラ、カメラ１３はリード
３撮像用であり、リード３に焦点が合わせられた
カメラ、ハーフミラー１４は上記の反射光線の一
部をカメラ１２に入射させ、一部をカメラ１３に
入射させるハーフミラーであり、認識装置１５は
カメラ１２およびカメラ１３によつて撮像した画
像を認識し、位置ずれ値を算出する装置である。
次に本装置の動作を説明すると、まず部品４をた
とえば第３図のＡの位置まで遠ざけておいて、パ
ターン２をカメラ１２によつて撮像し、認識装置
１５によつてこの画像を２値化して画像メモリに
貯える。次にチヤツク９によつて捕促した部品４
をパターン２上に第３図のＢの位置まで移動させ
粗位置決めする。この状態でリード３をカメラ１
３によつて撮像し、認識装置１５によつてこの画
像も２値化して画像メモリに貯える。次に認識装
置１５は、画像メモリ中のこれらの２つの画像を
比較対象して位置ずれ値を算出するものである。
ここで２台のカメラ１２，１３を用いて２回の撮
像を行う理由は、パターン２とリード３との間に
間隙があるため、１台のカメラによるパターン２
とリード３との同時撮像では充分な分解能が得ら
れないことによる。

ところで第３図に例示するように、パターン２
からの反射光を利用する方式は、根本的な問題を
含んでいる。それは、パターン２がはんだパター
ンの場合、その表面状態が一定でなく、個々のパ
ターンによつてバラツキがあることである。すな
わち、パターンの形状、表面のつや等が個々に異
なるため、これからの反射光が安定せず、画像情
報の２値化がむずかしいという点である。また照
明の当て方によつては、プリント板１の表面が光
り、パターン２と識別できないという問題もあ
る。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記問題点を解決するもので
あり、プリント基板上のパターンを検出する方式
として蛍光による検出方式を採用し、高密度なパ
ターンに対する電子部品の位置ずれを高精度に検
出し補正する手段を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、少なくとも基板をその基材から蛍光
を励起するように照光し、パターン像を蛍光によ
るパターン像として撮像する部品の位置決め装置
を特徴とする。

より具体例としては、プリント基板上を照射し
てその基材から蛍光を励起させる第１の照明器
と、基板上の導体パターンの上側に粗位置決めさ
れた電子部品のリードを照射する第２の照明器
と、蛍光によるパターン像とリード照射光による
リード像とを別々にとり入れ、両画像の中心軸を
一軸に位置合わせすべく構成された検出ヘツド
と、前記パターン像およびリード像を撮像し、該
画像をデイジタル化してパターン像とリード像と
の相対位置の比較対照により、パターンに対する
電子部品の位置ずれおよびその補正値を求め補正
を行う手段とを有する部品の位置決め装置が開示
される。

〔発明の実施例〕

以下本発明の一実施例を図面により説明する。

第４図は、自動位置決め装置を側面からみた構
成図であり、特に本発明の主要な部分である検出
ヘツド２５については、その容器の部分を断面で
表わし、その内部の構造を明らかにする。XYテ
ーブル２０は、プリント板１を載置するテーブル
であり、プリント板１を水平面上Ｘ方向およびＹ
方向に移動させるテーブルである。パレツト３２
は、その上に部品４をのせ、搬送するためのパレ
ツトである。チヤツク９は、部品４を捕促するチ
ヤツクであり、また部品４を水平面内で角度θだ
け回転させたり、部品４をパターン２上に塔載し
たりする機構である。照明器２１は、プリント板
１に光を照射し、その基材から蛍光を励起させる
ための光源であり、たとえば超高圧水銀灯などで
ある。照明器２１内部にはフイルターが入つてお
り、波長370mm附近（紫外域）の光を発生させ、
それ以外の光をカツトしている。この場合波長
370mm附近の光は、基材に最も多量の蛍光を発生
させ得る波長であり、基材の材質によつて異な
る。本実施例は基材の材質がガラスエポキシまた
はポリイミドの場合である。これらの基材に上記
の波長の光を照射すると、波長440mm附近に光強
度のピークをもつ蛍光が発生することが知られて
いる。なおパターン２は金属であるので蛍光が発
生しない。照明器２８は、一般可視光を発生させ
る。発生する光は一般の可視光であるので、光強
度のピークは波長600mm以上のところにある。検
出ヘツド２５は、その外形が第５図に斜視図で示
すような形状をしており、その水平の腕の先端に
近い上部に開口３４が設けられており、また開口
３４の真下に開口３５が開けられている。なお図
示していないが、開口３４および開口３５には外
部から制御できるシヤツターがそれぞれ付いてお
り、これらの開口部を開閉できるものとする。検
出ヘツド２５内部の構造は第４図に示す通りであ
る。ミラー２２は、その間が90゜の角度をなす２
つの反射板から成つている。上側のミラーは、反
射面を上にして水平面に対して45゜の角度をもた
せた反射板であり、可視光に対して大きい反射率
をもつものであり、開口３４を通じて上から照射
された可視光（リード照射光によるリード像）を
水平方向に反射させ、検出ヘツド２５の奥に導く
ものである。下側のミラーは、反射面を下にして
水平面に対して45゜の角度をもたせた反射板であ
り、基材から励起される蛍光に対してよい反射率
をもつものであり、開口３５を通じて下から入射
された光（パターン像）を水平方向に反射させ、
検出ヘツド２５の奥に導くものである。開口３５
を通じて入射される光は、照明器２１によつて発
生されプリント板１表面で反射された光とプリン
ト板１の基材からの蛍光とを含んでいる。フイル
ター３３は、プリント板１表面で反射された光を
カツトし、基材から励起された蛍光を通過させる
フイルターである。ミラー２３は検出ヘツド２５
の下側隅に設けられ、反射面を上にして水平面に
対して45゜の角度をもたせた反射板であり、フイ
ルター３３を通過した後水平方向に入射された光
を真上に反射させるものである。ミラー２４は、
下側から来た蛍光を通過させ、水平方向から来た
可視光を反射させるハーフミラーである。ミラー
２４を出た光線は、上方向に向うが、蛍光と可視
光の両者はそれぞれの中心軸が一軸に合うように
なつている。レンズ２７はこの光線を収束させる
ためのレンズである。なおリード３→ミラー２２
→ミラー２４→レンズ２７に至る光路長とパター
ン２→ミラー２２→ミラー２３→ミラー２４→レ
ンズ２７に至る光路長とは等しくなるように検出
ヘツド２５を配置しなければならない。カメラ３
１は、レンズ２７を出た光を画像として撮像し、
認識装置３０に送る装置である。認識装置３０
は、パターン２の画像およびリード３の画像をそ
れぞれ２値化して内蔵の画像メモリに貯え、この
２つの画像を比較対照する装置である。制御装置
２６は、この比較値を基にして部品４のパターン
２に対する位置ずれ値、△Ｘ、△Ｙおよび△θを
算出し、これを補正値として駆動部２９に送る装
置である。駆動部２９は、認識装置３０から与え
られた補正値を基にしてチヤツク９およびXYテ
ーブル２０を駆動して部品４の位置合わせをする
装置である。

次に本実施例の動作を説明する。パレツト３２
上には部品４が載置されているものとする。まず
制御装置２６は、駆動部２９に指令を送つてXY
テーブル２０を駆動させ、プリント板１を所定の
位置に移動させる。次にパレツト３２をチヤツク
９の真下まで移動させると、チヤツク９が働き、
真空吸着により部品４を捕促すると、これによつ
て部品４の粗位置決めが終了する。ここでパレツ
ト３２をもとの位置まで後退させる。次に検出ヘ
ツド２５を水平方向に移動させ、リード３と対応
するパターン２とを結ぶ直線が開口３４および開
口３５中を通過する位置に位置付けする。ここで
照明器２１および照明器２８が照射されているも
のとする。照明器２１によつて発生した光線は、
プリント板１およびパターン２によつて反射する
とともに、プリント板１の基材から蛍光を励起さ
せ、この反射光および蛍光は、開口３５側のシヤ
ツターが開いているとすると、開口３５を通過し
てミラー２２の下側の反射板で反射して検出ヘツ
ド２５内部を水平に直進し、フイルター３３を通
過すると反射光がカツトされ、蛍光のみがそのま
ま直進し、ミラー２３で反射して上方向にその進
路が曲げられ、ミラー２４を通過して、レンズ２
７によつて収束されてカメラ３１に入射される。
また照明器２８によつて発生した可視光はその一
部がリード３によつて妨げられるが、それ以外は
そのまま通過する。この可視光は、開口３４側の
シヤツターが開いているとすると、開口３４を通
過してミラー２２の上側の反射板で反射して検出
ヘツド２５内部を水平に直進し、ミラー２４で反
射して上方向にその進路が曲げられるとともに、
下側から来た蛍光と一軸に合わさつて直進し、レ
ンズ２７によつて収束されてカメラ３１に入射さ
れる。最初に開口３４側のシヤツターを閉じ、開
口３５側のシヤツターを閉じ、開口３５側のシヤ
ツターを開けた状態から出発するとすれば、開口
３５を通過して下側から入射された光線のみが検
出ヘツド２５内部に導入され、パターン２の像が
カメラ３１によつてとらえられる。認識装置３０
は、カメラ３１によつて撮像されたパターン２の
像を２値化して内蔵の画像メモリに貯える。第６
図ａにその画面４０を示すが、パターン像２′は
黒、それ以外の部分は白としてとらえられる。次
に開口３５側のシヤツターを閉じ、開口３４側の
シヤツターを開くと、開口３４を通過して上側か
ら入射された可視光のみが検出ヘツド２５内部に
導入され、リード３の像がシルエツトとしてカメ
ラ３１によつてとらえられる。認識装置３０は、
カメラ３１によつて撮像されたリード３の像を２
値化して内蔵の画像メモリに貯える。第６図ｂに
その画面４１を示すが、リード像３′および部品
４の存在する部分は黒、それ以外の部分は白とし
てとらえられている。認識装置３０は、画像メモ
リに貯えられたこの２つの画像を比較してその結
果を制御装置２６に報告する。制御装置２６は、
この比較値から部品４のパターン２に対する位置
ずれ値、△Ｘ、△Ｙおよび△θを算出して、これ
を補正値として駆動部２９に送る。駆動部２９
は、XYテーブル２０およびチヤツク９を駆動し
て部品４の位置合わせが完了する。位置合わせが
終了したとき、開口３４および開口３５のシヤツ
ターをもとの状態に戻して、検出ヘツド２５全体
をもとの位置まで後退させる。その後、チヤツク
９によつて捕促された部品４を下降させてプリン
ト板１上に塔載する。

本発明は、上記実施例の手段によらず、他の手
段によつて置換えてもよい。たとえば検出ヘツド
として、第７図に示すような検出ヘツド２５′を
使つてもよい。他の機構は第４図に示すものと同
じである。検出ヘツド２５′において、フイルタ
ー３３は第４図のフイルター３３と同じものであ
るが、検出ヘツド２５′内部では開口３５の近く
に設けられたもの、ハーフミラー３６は、下側か
ら入射された蛍光を図で左方向に反射させ、右か
ら入射された蛍光を透過させるとともに、上側か
ら入射された可視光を図で右方向に反射させるも
のである。ミラー３７は、右側から水平に入射さ
れた蛍光を水平に右側へ反射させる反射板であ
る。検出ヘツド２５′全体は、検出ヘツド２５と
同様水平方向に移動できる。図で下側から開口３
５を通じて入射された光線は、フイルター３３を
透過して蛍光のみとなり、ハーフミラー３６で反
射し、次にミラー３７で反射し、ハーフミラー３
６を透過し、レンズ２７を経由してカメラ３１に
入る。また上側から開口３４を通じて入射された
可視光は、ハーフミラー３６で反射して水平に直
進してカメラ３１に入る。この検出ヘツド２５′
によつても、パターン２の像とリード３の像とを
一軸の光学系でとらえることができる。

また検出ヘツド２５および検出ヘツド２５′に
おいて、開口３４および開口３５のシヤツターを
開閉させる代りに、照明器２１および照明器２８
を点滅させることにしてもよい。また検出ヘツド
２５において、フイルター３３を出た蛍光の進路
を変えるのにミラー２３を用いず、光フアイバー
等に置換えてもよい。

第８図は、各種光の強度と波長との関係、フイ
ルター３３およびミラー２４の透過率と波長との
関係およびカメラ３１の感度と波長との関係を示
す図である。横軸は波長を示し、縦軸はそれぞれ
光強度、透過率およびカメラ感度を示す。４０は
照明器２１によつて照射されたプリント板１から
の反射光の強度、４１はプリント板１から励起さ
れる蛍光の強度および４２は照明器２８によつて
照射されリード３を通過してきた可視光の強度を
示す。４３はフイルター３３の透過率と波長との
関係を示す。また４４はミラー２４の透過率と波
長との関係を示す。図で透過率の小さい波長域は
反射率が大きいことを示している。また４５はカ
メラ感度を示す。第８図によれば、フイルター３
３によつて４０の光がカツトされ、４１の光のみ
がカメラの方へ導入されることがわかる。またミ
ラー２４によつて４１によつて示される蛍光がカ
メラの方へ導入され、可視光は主として反射され
ることがわかる。また４５によつて示されるよう
に、カメラ３１の感度は、光強度の小さい４１の
蛍光に対して高感度となつており、また可視光に
対してもある程度の感度をもつていることがわか
る。

ところで第３図に示すタイプの装置は、部品４
を第３図でＡの位置に置いてパターン２を撮像
し、次いで部品４をＢの位置まで機械的に移動さ
せてリード３を撮像するという方式であり、２つ
の画像の間に粗位置決め時の位置的な誤差が加わ
るという欠点がある。また２台のカメラを使用す
る方式であるため、カメラ自体の温度ドリフト等
による狂いがあり、撮像された２つの画像は同一
条件で得られたものではなく、２つの画像の間に
位置的な誤差が生じている。本発明の実施例によ
れば、検出ヘツド２５および２５′によつてパタ
ーン２によるパターン像とリード３によるリード
像とを同時にとらえることができるので、２つの
画像の間に粗位置決め時の位置的な誤差が生じる
ことはない。また２つの画像の中心軸を一軸に位
置合わせするよう構成するので、１台のカメラに
よつて２つの画像を撮像することができ、個々の
カメラの温度ドリフト等バラツキによる誤差を避
けることができる。

以上述べたように、上記本発明の実施例によれ
ば、蛍光による検出方式を採用したことと検出ヘ
ツドが２つの画像の中心軸を一軸に位置合わせす
るよう構成されているので、検出精度が従来より
およそ１桁向上する。従つて従来検出できないよ
うな高精度のはんだパターンに対して本装置を適
用できるようになる。また第３図に示すような従
来装置に比べ、カメラを含む光学系が1/2になる
ので、装置のコスト低減がはかれる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、プリント基板上のパターンを
検出する方式として蛍光による検出方式を採用す
ることによつて、高密度なパターンに対する電子
部品の位置決めを高精度に検出し補正できるとい
う効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の位置決め装置の一つを示す側面
図、第２図は従来の位置決め装置の他の例を示す
斜視図、第３図は従来の位置決め装置の他の例を
示す系統図、第４図は本発明の一実施例を示す構
成図、第５図は検出ヘツドの部分を示す斜視図、
第６図はパターン像およびリード像を示す画像の
図、第７図は検出ヘツドの他の実施例を示す縦断
面図、第８図は光の強度、フイルター等の透過率
およびカメラ感度と波長との関係を示す図であ
る。 １…プリント板、２…パターン、３…リード、
４…部品、２１…照明器、２２，２３，２４…ミ
ラー、２５，２５′…検出ヘツド、２８…照明器、
３１…カメラ、３３…フイルター。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 電子部品が搭載される基板をその基材から蛍
   光が励起されるように照射する手段と、該照射手
   段により照射された前記基板から前記励起された
   蛍光によるパターンの像を取り込む手段と、前記
   基板に搭載しようとする電子部品のリードを照射
   する手段と、該照射手段により照射された前記電
   子部品のリードの像を取り込む手段と、前記パタ
   ーンの像と前記リードの像との画像の中心軸を一
   軸に位置あわせする手段と、前記一軸上に配置さ
   れ前記蛍光の波長域に撮像感度のピークを有する
   撮像手段と、該撮像手段により撮像された前記リ
   ードの像および前記パターンの像の相対位置を比
   較する手段と、該比較結果に基づいて前記電子部
   品と前記基板との相対位置の補正を行う手段とを
   有することを特徴とする部品の位置決め装置。