JPH10313197A - 表面実装用電子部品位置決め装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 電子部品のリードや端子の構造に関わりな
く、ピックアップ後、直接にプリント回路基板の規定の
位置に電子部品を位置決めすること。 【解決手段】 電子部品の裏面を下側にして把持すると
ともに、上下方向に移動可能でかつ回動可能な真空吸引
ピックアップチューブ４と、電子部品の上面、及び下面
を選択的に照明する第１、及び第２の光源１２、１３
と、真空吸引ピックアップチューブ４の軸線の下方に進
退可能な平面反射鏡２０と、平面反射鏡２０及び真空吸
引ピックアップチューブ４とを含む平面内で、かつ真空
吸引ピックアップチューブ４の像が入射する位置に設け
られた固体撮像装置１５とを移動手段により駆動される
フレーム９に設けた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術の分野】本発明は、半導体デバイス
や回路部品の電子部品をプリント回路基板の所定位置に
載置する表面実装用電子部品位置決め装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】プリント回路基板の導電パターンに合わ
せて電子部品を半田付けする場合には、例えば特開平5-
48299号公報にみられるように負圧が供給されているノ
ズルにより電子部品を吸引把持し、把持後に電子部品と
ノズルとの相対位置を規定の位置に機械的に調整後、搬
送手段によりプリント回路基板の半田付けすべき位置に
移動させて位置決めすることが行われていた。また、例
えば米国特許第5060288号明細書や米国特許第5235407号
明細書に示されたように、プリント回路基板のパターン
にほぼ位置合わせされる直前の状態を電子撮像装置によ
り撮影し、この画像をデイスプレイに拡大表示して、位
置合わせの適否を判定することも行われている。

【０００３】しかしながら、これらの方法は、電子部品
に付属するリードや端子が規定の位置に形成されている
こと、またはノズルにより吸引された状態で上面からリ
ード部や端子を視認できることが前提となるため、基板
やパッケージの裏面に半田合金により製作された微小な
半田ボールやピンを植設してこれを接続端子とした電子
部品に対して適用できないという問題がある。

【０００４】このような問題を解消するため、所定の位
置に上方を視界とする撮像装置を配置し、真空吸引ピッ
クアップチューブに保持された電子部品の半田ボールや
ピンを映像信号に変換し、画像処理技術により真空吸引
ピックアップチューブに対する相対位置を演算し、姿勢
を矯正したり、またピックアップ真空吸引ピックアップ
チューブに対する相対誤差を考慮してプリント回路基板
に位置決めする装置も提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、電子部
品をピックアップした後、撮像手段が配置されている位
置まで移動して画像信号に変換する工程を必要として、
電子部品を吸引して直接にプリント回路基板の規定の位
置に移動する場合に比較して移動距離が長くなり、単位
時間当たりの実装可能な個数が低下するという問題があ
る。本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので
あって、その目的とするところは、電子部品のリードや
端子の構造に関わりなく、ピックアップ後、直接にプリ
ント回路基板の規定の位置に電子部品を位置決めするこ
とができる表面実装用電子部品位置決め装置を提供する
ことである。本発明の第２の目的は、光学系の複雑化を
まねくこと無く、かつ長期間にわたって精度を維持する
ことができる表面実装用電子部品位置決め装置を提供す
ることである。本発明の第３の目的は、電子部品と真空
吸引ピックアップチューブとの相対位置を画像計測する
場合に、最適な方法を簡単に選択することができる表面
実装用電子部品位置決め装置を提供することである。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような問題を解消す
るために本発明においては、電子部品の裏面を下側にし
て把持するとともに、上下方向に移動可能でかつ回動可
能な電子部品把持手段と、前記電子部品の上面、及び下
面を選択的に照明する光源と、前記電子部品把持手段の
軸線の下方に進退可能な平面反射鏡と、前記平面反射鏡
及び前記電子部品把持手段とを含む平面内で、かつ電子
部品把持手段の像が入射する位置に設けられた撮像手段
とを移動手段により駆動されるフレームに設けるように
した。

【０００７】

【作用】電子部品把持手段で電子部品をピックアップし
た後、当該部品を実装すべき位置に向けてフレームを移
動させながら平面反射鏡を電子部品の下方領域に進出さ
せ、また光源により電子部品の上面を照明するか、下面
を照射して電子部品の映像を撮像装置に入力する。画像
の取り込が終了した段階で平面反射鏡を、以後の作業の
障害とならない位置まで後退させ、電子部品把持手段の
中心線に対する部品の姿勢や位置を計測し、部品の中心
点との相対誤差を勘案して回路基板に位置決めする。

【０００８】

【発明の実施の形態】そこで以下に本発明の詳細を図示
した実施例に基づいて説明する。図１は、本発明の表面
実装用電子部品位置決め装置を用いた表面実装装置の一
実施例を示すものであって、図中符号１は、本発明が特
徴とする電子部品位置決め装置で、回路基板載置台の上
方をＸ−Ｙ方向に移動する搬送手段に複数台、この実施
例では３台が取付けられ、電子部品収容領域２から所定
の電子部品をピックアップし、電子部品の位置や姿勢を
演算しながら、回路基板載置台３上の実装すべき位置に
移動できるように構成されている。

【０００９】図２は、上述の表面実装用電子部品位置決
め装置の一実施例を示すものであって、図中符号４は、
真空吸引ピックアップチューブで、上端の接続口５が負
圧源に接続されてエア供給口６ａ，６ｂから作動用エア
の供給を受ける第１の駆動手段６により上下動され、ま
たベルト７を介して接続されたモータからなる第２の駆
動手段８により回動可能にフレーム９に支持されてい
る。

【００１０】真空吸引ピックアップチューブ４の電子部
品把持部１０の上部には後述する第１の光源１２の光を
下方に反射する反射板１１が固定されている。そして真
空吸引ピックアップチューブ４の周囲には、第１、第２
の光源１２、１３が、またフレーム９と平行な面の真空
吸引ピックアップチューブ４を対称軸とする一方の側に
は後述する反射装置１４が、また他方の側には固体撮像
装置１５が配置されている。

【００１１】これら各種装置をユニットに纏めているフ
レーム９は、搬送手段の軸と係合する軸受け１６、１７
や、また固体撮像装置１５、光源１２、１３、第２の駆
動手段８等への信号や電力を供給するケーブル、及び辛
苦吸引ピックアップ真空吸引ピックアップチューブ４に
負圧を、また第１の駆動手段６にエアを供給するチュー
ブの挿通窓１８が形成されている。

【００１２】反射装置１４は、真空吸引ピックアップチ
ューブ４の電子部品把持部１０の像が固体撮像装置１５
に入射するように角度が設定された平面反射鏡２０を、
アーム２１に固定してガイド部材２２により平面反射鏡
２０の反射面に平行に移動するようにエアシリンダ等の
アクチュエータ２３により真空吸引ピックアップチュー
ブ４の電子部品把持部１０の下方と、真空吸引ピックア
ップチューブ４の昇降に邪魔とならない位置との間を進
退するように構成されている。そしてこれらガイド部材
２２とアーム２１との摺動面は、平面反射鏡２０の反射
面に平行となるように設定されている。

【００１３】第１の光源１１は、図４に示したようにア
クリル等の透光材料からなり、中央に真空吸引ピックア
ップチューブ４の電子部品把持部１０が移動可能な窓３
０を有するリング状部材３１に周方向に複数の孔を穿設
し、発光ダイオード等の小型発光素子３２を基板３３に
植設した上で埋設して構成されている。

【００１４】また第２の光源１１は、図５に示したよう
に中央に真空吸引ピックアップチューブ４の電子部品把
持部１０が移動可能な窓３５を備えた基板３６の上部に
発光ダイオード等の複数の小型の発光素子３７を植設し
て構成されている。

【００１５】（パッケージの外周にリード部が形成され
ている電子部品の位置決め）第１の光源１２を点灯し
て、搬送手段により位置決め装置を所定の部品の格納領
域に移動させて、第１の駆動部材６により真空吸引ピッ
クアップチューブ４を降下させて部品を吸引する（図６
（Ｉ））。吸引終了後、第１の光源１２の下方の所定の
位置まで真空吸引ピックアップチューブ４を上昇させ、
同時に搬送手段により当該部品を実装すべき位置に向け
てフレーム９を移動しながら、アクチュエータ２３を作
動させて平面反射鏡２０を真空吸引ピックアップチュー
ブ４の下方領域に進出させる（図６（II））。

【００１６】これにより図７（イ）に示したように背面
を照明された電子部品Ｐのシルエットが平面反射鏡２０
に反射されて撮像装置１５に入力する。画像の取り込が
終了した段階でアクチュエータ２３を作動させて平面反
射鏡２０を、以後の真空吸引ピックアップチューブ４に
よる部品の載置に障害とならない位置まで後退させる
（図６（III））。

【００１７】このように平面反射鏡２０は、その移動方
向にガイド面が平行となるに配置されたガイド部材２２
を摺動して移動するから、反射角が常に初期設定状態に
維持されていて高い精度と信頼性で部品Ｐの画像を処理
することが可能となる。

【００１８】撮像装置１５により検出された画像は、シ
ルエットであるから２値データとして処理することが可
能で、処理データ量が少ないため高速度で真空吸引ピッ
クアップチューブ４の中心線に対する部品の姿勢や位置
を計測することができる。計測結果に対応して真空吸引
ピックアップチューブ４を回動させて部品の姿勢を所定
の状態に矯正し、また真空吸引ピックアップチューブ４
と中心線と部品の中心点との相対誤差を勘案して回路基
板に位置決めする。

【００１９】（パッケージの裏面に接続部が形成されて
いる部品の位置決め）第２の光源１３を点灯して、搬送
手段により位置決め装置を所定の部品の格納領域に移動
させて、第１の駆動手段６により真空吸引ピックアップ
チューブ４を降下させて部品Ｐ’を吸引する（図６
（I））。

【００２０】吸引終了後、電子部品把持部１０に吸引さ
れた部品Ｐ’が第２の光源１３の上方で、かつ第１の光
源１２よりも下方となる所定の位置まで第１の駆動手段
６により真空吸引ピックアップチューブ４を上昇させ、
搬送手段によりフレーム９を移動させて当該部品を実装
すべき位置に向けて搬送しながら、アクチュエータ２３
を作動させて平面反射鏡２０を真空吸引ピックアップチ
ューブ４の下方領域に進出させる（図６（II'））。

【００２１】これにより図７（ロ）に示したように電子
部品Ｐ’の裏面に形成されている接続部、つまりピンや
半田ボールＢ，Ｂ，Ｂの像が平面反射鏡２０に反射され
て撮像装置１５に入力する。画像の取り込が終了した段
階でアクチュエータ２３を作動させて平面反射鏡２０
を、以後の真空吸引ピックアップチューブ４による部品
の載置に障害とならない位置まで後退させる（図６（II
I））。

【００２２】撮像装置１５からの映像信号に基づいて真
空吸引ピックアップチューブ４の中心線に対する部品の
姿勢や位置を計測し、計測結果に対応して真空吸引ピッ
クアップチューブ４を第２の駆動手段８により回動させ
て部品の姿勢を所定の状態に矯正し、また真空吸引ピッ
クアップチューブ４と中心線と部品の中心点との相対誤
差を勘案して回路基板に位置決めする。

【００２３】なお、上述の実施例においては２つの光源
を切り替えて電子部品のシルエットと映像を選択するよ
うにしているが、図８に示したように独楽型に形成した
電子部品把持部４０を用意し、シルエットとして検出し
ても画像計測可能な電子部品Ｐに対しては光源４１から
の光を電子部品把持部４０の表面４０ａで反射させて照
射し（図８（ロ））、また映像として検出しなければな
らない電子部品Ｐ’に対しては電子部品把持部４０の位
置を引き上げて光源４１光を直接、電子部品Ｐ’に照射
するようにしてもよい。

【００２４】

【発明の効果】以上、説明したように本発明において
は、電子部品の裏面を下側にして把持するとともに、上
下方向に移動可能でかつ回動可能な電子部品把持手段
と、電子部品の上面、及び下面を選択的に照明する光源
と、電子部品把持手段の軸線の下方に進退可能な平面反
射鏡と、平面反射鏡及び電子部品把持手段とを含む平面
内で、かつ電子部品把持手段の像が入射する位置に設け
られた撮像手段とを移動手段により駆動されるフレーム
に設けたので、電子部品をピックアップして載置すべき
回路基板に移動する過程で画像計測によりピックアップ
した部品の姿勢を計測することができるため、従来のよ
うに規定の位置に一旦移動して撮像手段により画像を取
り込んでから、回路基板に移動する場合に比較して作業
能率の向上を図ることができ、また部品の種類に対応し
て光源を切り替えるだけで部品の形態を問うこと無く姿
勢を高速度で画像計測することができる。

【００２５】また、電子部品の映像を１枚の平面反射鏡
で撮像手段に入射させることができるため、プリズム等
の他の導光手段を使用する場合に比較して、多重反射に
起因する光量のロスを抑えることができ、また計量化や
メンテナンスの簡素化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の電子部品位置決め装置を搭載した表面
実装装置に一実施例を示す正面図である。

【図２】本発明の電子部品位置決め装置の一実施例を示
す正面図である。

【図３】真空吸引ピックアップチューブ近傍の構造を示
す斜視図である。

【図４】図（イ）、（ロ）は、それぞれ同上電子部品位
置決め装置に使用する第１の光源の一実施例を示す断面
図と上面図である。

【図５】図（イ）、（ロ）は、それぞれ同上電子部品位
置決め装置に使用する第２の光源の一実施例を示す断面
図と上面図である。

【図６】図（I）乃至（III）は、それぞれ同上装置の動
作を示す説明図である。

【図７】図（イ）、（ロ）は、それぞれ第１、第２の光
源による照明により固体撮像装置に取り込まれる電子部
品の映像を示す図である。

【図８】図（イ）、（ロ）は、それぞれ本発明の他の実
施例を異なる形式の電子部品の画像計測状態で示す図で
ある。

【符号の説明】

１ 電子部品位置決め装置 ４ 真空吸引ピックアップチューブ ６ 第１の駆動手段 ８ 第２の駆動手段 ９ フレーム １０ 電子部品把持部 １２ 第１の光源 １３ 第２の光源 １４ 反射装置 １５ 固体撮像装置 ２０ 平面反射鏡 ２１ アーム ２２ ガイド部材 ２３ アクチュエータ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電子部品の裏面を下側にして把持すると
   ともに、上下方向に移動可能でかつ回動可能な電子部品
   把持手段と、 前記電子部品の上面、及び下面を選択的に照明する光源
   と、 前記電子部品把持手段の軸線の下方に進退可能な平面反
   射鏡と、 前記平面反射鏡及び前記電子部品把持手段とを含む平面
   内で、かつ電子部品把持手段の像が入射する位置に設け
   られた撮像手段と、 を移動手段により駆動されるフレームに設けてなる表面
   実装用電子部品位置決め装置。
2. 【請求項２】 前記平面反射鏡が、反射面に平行なガイ
   ド部材に案内されるアームに取り付けられている請求項
   １に記載の表面実装用電子部品位置決め装置。
3. 【請求項３】 前記電子部品把持手段の電子部品保持部
   近傍に反射部材が設けられている請求項１に記載の表面
   実装用電子部品位置決め装置。
4. 【請求項４】 前記電子部品把持手段が負圧の供給を受
   ける真空吸引ピックアップチューブにより構成されてい
   る請求項１に記載の表面実装用電子部品位置決め装置。
5. 【請求項５】 前記光源が、照射位置の高さが異なり、
   かつ前記電子部品把持手段の軸線を中心とする窓を備
   え、前記窓の周囲に複数の発光素子を配置した第１、第
   ２の光源として構成されている請求項１に記載の表面実
   装用電子部品位置決め装置。
6. 【請求項６】 前記光源が、前記電子部品把持手段の中
   心軸上の斜め上方を照射するように構成され、前記電子
   部品把持手段により電子部品の高さを調整することによ
   り、前記電子部品の表及び裏の一方の面を選択的に照射
   する請求項１に記載の表面実装用電子部品位置決め装
   置。