JPH04287943A - リード線相互の平坦性評価装置を有する表面実装装置 - Google Patents

リード線相互の平坦性評価装置を有する表面実装装置

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JPH04287943A
JPH04287943A JP3116144A JP11614491A JPH04287943A JP H04287943 A JPH04287943 A JP H04287943A JP 3116144 A JP3116144 A JP 3116144A JP 11614491 A JP11614491 A JP 11614491A JP H04287943 A JPH04287943 A JP H04287943A
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マーク　エム　ランドマン
Steven M Whitman
スティーヴン　エム　ウィートマン
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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】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、一般的にプリント回路
基板上に表面実装電子部品を取り付ける装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】電子工業界で周知のように、リード線が
相互に平坦であることはピッチが細かい表面実装素子（
ＳＭＤ）をうまく取り付ける上で不可欠である。リード
線が相互に平坦でなければ、すなわち、リード線が部品
の本体に対して上方にまたは下方に曲がっていれば、一
般的にプリント回路基板（ＰＣＢ）上で開口部または半
田付け不良が発生する。プリント回路基板上に取り付け
るのに先立って、平坦性要件を満足しない部品は、全て
排除することが望ましい。今日の工業規格は、全てのリ
ード線の先端が０．００４インチ幅の中に揃っているこ
とを要求し、検査器に対して＋／−０．００２インチの
精度で平坦性を測定することを要求している。非接触３
次元検査法の中には、この程度の精度を与えることがで
きるものもあるが、多くのシステム上の制約がこのよう
な用途に対する実行を妨げている。これらの制約には下
記のものがあるが、これらに限定されるものではない。
【０００３】（１）部品の寸法が大きい。 （２）基準（データ）面の設定。 （３）部品とりあげ載置装置内の機械的空間とパッケー
ジ上の制約。 （４）部品の実装処理の速度を高く維持するためにリア
ルタイムで検査する必要性。
【０００４】他の技術、特に受動的三角測量（ｐａｓｓ
ｉｖｅ　　ｔｒｉａｎｇｕｌａｔｉｏｎ）（すなわち、
リード線の長さを測定することによってリード線の高さ
を推算する）に基づく「示唆されている」方法では、深
さに対する分解能が厳しく制限されている。これらの方
法は、またリード線の長さの誤差と垂直方向のリード線
の変位との間の混同および曖昧な極性情報（部品の面に
対してリード線が上に曲がっているか下に曲がっている
か区別する能力がない）のような他の欠点を有する可能
性もある。
【０００５】
【課題を解決する手段】したがって、本発明の目的は、
これらの制約を克服すると共にリード線相互の平坦性を
正しく検査するのに必要な程度の精度を提供することで
ある。開示したシステムに固有の光学的配置によって、
リード線の真の高さが直接測定される。これは、従来の
センサと画像処理用のハードウエアを使用して十分な高
さ分解能を発生し、＋／−０．００２インチの精度まで
リード線相互の平坦性を測定する。
【０００６】開示したシステムの利点は、１５ミルまで
の間隔の値を有するＰＱＦＰ、ＳＯＩＣ、ＰＬＣＣ、Ｓ
ＯＪ、およびＴａｐｅＰａｋを含む表面実装部品を取り
扱うことができることである。これは、間隔が２５ミル
で最高１．２５平方インチまでの部品を１つの視野に収
めることができる。画像を複数の視野、一般的には２つ
ないし４つの視野に分割することによって、リード線の
数の多い部品またはリード線の間隔の細かい部品もまた
検査することができる。もし必要ならば、線走査カメラ
または非ＲＳ−１７０領域カメラのような高分解能のイ
メージ・センサを使用することによって、大型で間隔の
細かい素子を検査することも可能であるが、現在のとこ
ろこれは画像を得るために複雑さを増す。
【０００７】本発明の他の目的と利点は、本明細書の以
下の部分および以下の図面から明らかとなり、これらは
特許法の要求にしたがって本発明の原理を含む現在の好
適な実施例を示す。
【０００８】
【実施例】図１と図２は、本発明を概略的に示す。ＳＭ
Ｄ電子素子１０が、真空圧によってＺ軸マニピュレータ
すなわち工具先端１２に保持される。部品は、サーボ駆
動工具の先端によって、４枚の同一の前面鏡１４で構成
されたアセンブリの内部に降ろされる。これらの鏡は正
方形に配置され、ＸＹ面（すなわち部品１０の面）に対
して４５度の角度を有する。
【０００９】鏡アッセンブリ１４の面の近くに位置し、
関連する鏡の部分に対して平行に延びる直線部分を有す
る単一光源１６によって、部品の底面（平面図）と部品
のリード線列（側面図）の両方を検査することに必要な
照明が与えられる。この光源１６は正方形の冷陰極放電
ランプであり、これは、光源部分に対して横方向に延び
るリード線列に強力で均一な前面照明１８を与える。こ
の前面照明１８は、２次元の検査のために画面の中央部
分を直接照らすのに使用され、ＸＹ面にあるリード線１
１の座標を決定する。バックライトによる照明法を使用
して、鏡１４から反射したリード線先端の画像１１Ｒを
見る。バックライト２０は、強い光を拡散板２１を通過
させ、ランプ管１６の拡散した像を鏡１４上に写すこと
によって同じ光源で実現でき、これによって均一な光の
背景に対してリード線先端の像の影を写し出す。したが
って、分析する合成像は、視野の中央部分にある前面か
ら照明した領域と、視野の周辺にある鏡１４の位置によ
って決定される４つの背面から照明した領域を有する。
【００１０】各リード線列に対向する鏡１４は、高解像
度ＣＣＤビデオ・カメラに対してこれらのリード線の端
部の側面像を反射し、この像はレンズ２４によってカメ
ラ２２のセンサ上に結像する。同時に、ＳＭＤの平面は
レンズ２４によってカメラの視野の中央部分内ぶ直接像
として観察される。もし必要なら、第２レンズを使用し
、部品の高い倍率の画像を得ることができる。この第２
レンズは、ソフトウエアによって制御されるソレノイド
によって第１レンズと交換することができる。第１レン
ズは、テレセントリック型（ｔｅｌｅｃｅｎｔｒｉｃ）
のレンズで、深さ方向の像（ｄｅｐｔｈ　　ｉｍａｇｅ
）の投影を改善し、僅かに焦点が外れた条件に起因する
全ての測定誤差を低減する。
【００１１】結果として得られたアナログ・ビデオ画像
は、高解像度にデジタル化され双ポート・フレーム・バ
ッファに記憶される。校正および相互平坦性の検査手順
は、画像処理および映像分析用に設計された特別目的の
コンピュータ２５によって実行される。このシステムは
、正規化グレー・スケール相関、端末検出、および種々
の画像の特徴の認識、検査、整合性、および測定のため
の連結性分析のような高速映像アルゴリズムを使用する
。
【００１２】図３は、部品１０がどのようにカメラに写
るかを示す。このカメラは、部品のリード線１１の平面
図とリード線先端１１Ｒの反射側の像を見る。したがっ
て、２次元検査を行ってリード線の端部の実際の位置を
判定することができる。この方法で部品を画像化するこ
とによって、また撮影された１枚のビデオ画像に対して
同時に３次元検査を実行することも可能である。これを
実現するために、３次元校正手順を使用して実正解（ｘ
、ｙ、ｚ）座標空間から画像（ｘ、ｙ）座標空間を写像
（ｍａｐ）することができる。この手順は、４枚の鏡に
よって写し出された部品の４つの側面像全てに関連する
ので、これらを連続する物理的Ｚ面に写像することがで
きる。図４は、校正／写像ブロック３０を示し、これは
、工具先端１２によって正確な正方形の中心の位置に保
持される。写像ブロックの上部水平面３０Ｔは、正確に
位置決めされた位置決めマーク３２の格子を有し、この
マークはＸおよびＹ方向に等しい間隔で設けられる。こ
の写像ブロックはまたＸとＹの原点マーカー３４を有し
、この写像ブロック３０が正確に位置合わせされるのを
助ける。校正／写像ブロックの上部面の画像をこれの既
知の物理的描写と比較することによって、画像空間の写
像に対する３次元から２次元への実世界の変換がＸＹ面
について行われる。写像ブロック３０の４つの垂直面３
０Ｓは、また正確に位置決めされた位置決めマーク３６
の格子を有し、これらの間隔はより接近している。同様
の方法で、校正／写像ブロックの４つの側面像をこれの
既知の物理的描写と比較することによって、画像空間の
写像に対する３次元から２次元への実世界の変換が、Ｘ
Ｚ面とＹＺ面について行われる。
【００１３】図５は校正／拡大ブロック４０を示し、こ
れはリード線の位置で工具先端によって保持される。図
５は、校正ブロックをで垂直下方に見た図である。一対
の位置決めマーク４２、４３を使用してこのブロックを
正確に位置決めする。このブロックは、Ｘ、Ｙおよびシ
ータに対して正しく位置決めされているかをチェックさ
れる。各鏡１４に向いている表面は、多段階の面である
。全ての段付き面４４は同一であり、関連する鏡に向い
ている全ての面は、平行で垂直な平面に置かれる。４つ
の位置決めマーク４６の８本の垂直な列は、正確で同一
の間隔を有し、外側の段上、中央の２つの段上、および
内側の段上に作られる。図５から分かるように、鏡に現
れるこれらの面の見掛上の寸法（したがって、Ｚ方向の
点の間隔）は、鏡からの距離が増加するにしたがって減
少する。これは一定の垂直距離（すなわち、Ｚ偏差）を
、この鏡から離れるにしたがって短く現わす倍率効果に
起因する。このことは、所定のリード線に対する所定の
Ｚ偏差が鏡からの距離の直接的な関数として小さく現れ
ることを意味する。これらのマークの分離度は正確に分
かり、校正ブロックの表面から鏡までの距離は正確に決
定することができるので、補正因子を計算して所定の列
Ｚの位置を絶対的実世界のＺ座標軸に変形することがで
きる。
【００１４】この校正アルゴリズムは、回転、ＸＹ平行
移動、傾斜／スキュー、および光学的歪並びに４枚の鏡
を介して見た場合の画像に固有の倍率効果のような部品
の不整合の影響に対して責任を負う。全ての映像システ
ムに存在する光学的歪は、非正方形画素歪、非直線光学
歪およびレンズの収差から生じる。倍率効果は、直線で
あり、対象空間の範囲に渡って予測可能である。校正手
順が実行された場合、全ての鏡の像内に位置する全ての
画像点は、物理的空間のこれらの本来の（ｘ、ｙ、ｚ）
座標に正確に戻して写像することができる。
【００１５】相互平坦性の定義は、特定の基準（データ
）面に対するリード線の偏差を測定することを意味する
。この面は、マスの中心を包含する三角形（機械的固定
面）を形成することのできる３つの最小非相互平坦点に
よって決定することができ、または（ｘ、ｙ、ｘ）空間
の全ての点に最もよく適合する最小正方形平面（数学的
基準面）によって説明できる。機械的基準面を実行する
場合の装置の制約、および半田ペーストの塊の中にリー
ド線が置かれ取り付け力のために若干上方に曲げられる
という事実のため、データ面としては数学的基準面を選
択することが好ましい。全てのリード線の先端の補正し
た（ｘ、ｙ、ｘ）座標が得られた後、検査アルゴリズム
は回帰面分析を実行して数学的基準面の等式を決定する
。理想的な（平坦な）面５０（図６）が決定されたなら
、未補正の測定された先端の偏差は基準面に対して垂直
な補正された偏差に変形される。補正された先端の偏差
５２は、リード線毎に、ユーザの決めた相互平坦性許容
値（一般的に、基準面５０上の基準位置５４から±０．
００２ないし０．００６インチ）と比較される。相互平
坦性の偏差が許容範囲の値から外れているリード線は、
除外するためにマークを付けられ、このようなリード線
を有する部品は全てプリント回路基板に取り付けること
を防止される。図６はこのような評価を示す。
【００１６】校正および検査アルゴリズムは、複数の視
野分析を必要とする大型部品を完全に検査することがで
きる。これは、基本的に光学的に完全な系の大型仮想フ
レーム・バッファである対象面を作ることによって実現
される。この対象空間は、上述の全ての体系的な影響に
対して補正を行った物理的座標系の再写像である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の教示にしたがって製作された電子表面
実装部品をプリント回路基板上に取り付ける装置のカメ
ラを基本にした相互平坦性検査ステーションの側面図で
ある。
【図２】図１の部品拡大図である。
【図３】図１でカメラが見た画像である。
【図４】検査ステーションでサポートされた校正／写像
ブロックの斜視図である。
【図５】検査ステーションでサポートされた校正／拡大
ブロックの図である。
【図６】開示したシステムによって行った相互平坦性評
価の３次元表示である。
【符号の説明】
１０　　ＳＭＤ電子素子 １１、１１Ｒ　　リード線列 １２　　工具先端 １４　　鏡アッセンブリ １６　　光源 １８　　前面照明 ２０　　バックライト ２１　　拡散板 ２２　　カメラ ２４　　レンズ ２５　　特別目的コンピュータ ３０　　校正／写像ブロック ３０Ｔ　　ブロックの上部水平面 ３０Ｓ　　ブロックの垂直面 ３２、４２、４３、４６　　載置マーク３４　　原点マ
ーク ４０　　校正／倍率ブロック ４４　　段付き面 ５０　　基準面 ５２　　先端の偏差 ５４　　基準位置

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】　　複数列の水平に延びるリード線を有し
    、これらのリード線の先端が単一平面内に位置し、また
    全ての列内のリード線の先端が一直線に沿って位置する
    表面実装電子部品取り付け装置において、上記の装置が
    、鏡手段と、表面実装電子部品を上記の鏡手段に対して
    選択した位置に位置決めする手段と、上記の鏡手段から
    反射した画像を見た場合に上記の部品の底面およびリー
    ド線先端の列の両方の像が得られるように、視野の中央
    の部分にある平面像と上記の視野の周辺部分に沿った４
    つの側面像によって構成される上記の位置決めされた部
    品の合成像を照明する手段と、上記の鏡手段を観察し、
    上記の反射したリード線の先端を観察して各リード線の
    先端に対するＺ位置を決定するカメラ手段と、上記の鏡
    手段から反射された４つの側面像によって構成される合
    成３次元（Ｘ、Ｙ、Ｚ）対象空間と２次元（Ｘ、Ｙ）画
    像空間に対する１つの直接平面像との間で正確な座標写
    像が得られるように、上記のシステムを校正する手段；
    各々のリード線の先端について決定されたＺ位置を補正
    し、光学的影響を補償する手段と、上記のリード線の先
    端に対する最適基準面を決定する手段と、各々のリード
    線の先端に対する最適基準面からの実際のＺ偏差を計算
    する手段と、およびもし少なくとも１つのリード線の先
    端に対するＺ偏差が最大許容偏差を超えたなら、その部
    品を排除する手段と、を有することを特徴とする表面実
    装電子部品取り付け装置。
  2. 【請求項２】　　上記の照明手段は単一光源によって構
    成され、上記の電子部品の上記の平面像を前面から照明
    すると共に上記の側面像を後方から照明してコントラス
    トの高い像を形成することを特徴とする請求項１記載の
    表面実装電子部品取り付け装置。
  3. 【請求項３】　　上記の鏡手段は、９０°の関係にある
    ４枚の鏡によって構成され、上記の鏡は、基準面に対し
    て約４５°傾斜していることを特徴とする請求項２記載
    の表面実装電子部品取り付け装置。
  4. 【請求項４】　　上記の照明手段は、上記の単一光源手
    段と上記の鏡手段との中間に位置する拡散板によってさ
    らに構成されることを特徴とする請求項３記載の表面実
    装電子部品取り付け装置。
JP3116144A 1990-05-22 1991-05-21 リード線相互の平坦性評価装置を有する表面実装装置 Pending JPH04287943A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US527079 1990-05-22
US07/527,079 US4959898A (en) 1990-05-22 1990-05-22 Surface mount machine with lead coplanarity verifier

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JPH04287943A true JPH04287943A (ja) 1992-10-13

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EP (1) EP0458473A1 (ja)
JP (1) JPH04287943A (ja)

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