專利名稱：電子元件安裝裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到一個(gè)用來(lái)自動(dòng)地把電子元件安裝到一塊板(如一塊印刷電路板、液晶顯示面板或等離子顯示面板)上的電子元件安裝裝置。
在用于安裝帶有窄引線間距和窄引線寬度的方形扁平封裝的電子器件和接線器這樣的電子元件的電子元件安裝裝置中，傳統(tǒng)的做法是在把元件安裝到印刷電路板上之前對(duì)元件的引線位移進(jìn)行自動(dòng)檢測(cè)。
圖9A-9D是根據(jù)已有技術(shù)的電子元件安裝裝置的安裝過(guò)程的方框圖。在大多數(shù)已有技術(shù)的電子元件安裝裝置中，通過(guò)如圖9A-9D所示的過(guò)程順序安裝帶有窄引線間距的電子元件。尤其是，在圖9A所示的步驟中，裝在輸送盤3上的電子元件2是由安裝裝置的吸頭部分7吸起。然后，在圖9B所示的步驟中，被吸起的電子元件的圖像由定位攝象機(jī)47所攝取，并且通過(guò)這些所獲得的定位信息，利用圖像處理裝置對(duì)該電子元件2定位。
在圖9C所示的步驟中，利用在圖9B所示的步驟中獲得的位置信息，用傳送型的引線位移傳感器48對(duì)元件2檢查共面性，或者用另外的共面檢查攝象機(jī)49獲取引線端部或端部陰影的圖像，以便該圖像容易由圖像處理裝置做共面檢查。
在圖9D所示的步驟中，如果檢查結(jié)果沒(méi)有發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象，基于圖9B的步驟中獲取的位置信息，對(duì)印刷電路板9以及要被安裝在其上的電子元件2一同進(jìn)行的校正計(jì)算。然后，把電子元件2安放在印刷電路板9上的特定位置。
然而，如果用上述已有技術(shù)的電子元件安裝裝置，通過(guò)圖9A-9D所示的步驟中順序執(zhí)行元件安裝，由于在圖9B的步驟中定位攝象機(jī)47和引線位移傳感器48或者在圖9C的步驟中共面檢查攝象機(jī)49彼此實(shí)際上是分開固定的，所以這就需要在圖9C的步驟中利用圖9B的步驟中獲取的定位信息機(jī)械地定位元件，因此各步驟的過(guò)程不能同時(shí)執(zhí)行，只能順序處理，同時(shí)要安裝的元件在各個(gè)步驟需要進(jìn)行移動(dòng)、停止、上升/下降或其它運(yùn)動(dòng)處理。結(jié)果，包括安裝元件的移動(dòng)、停止、上升/下降或其它運(yùn)動(dòng)工作時(shí)間在內(nèi)，圖9B和圖9C的步驟中處理時(shí)間會(huì)直接影響整個(gè)安裝時(shí)間，因此整個(gè)安裝時(shí)間由于這些運(yùn)動(dòng)的操作時(shí)間而增加，這是一個(gè)缺點(diǎn)。
除此之外，當(dāng)共面檢查由圖9C的步驟中的傳送型引線位移傳感器48執(zhí)行時(shí)，它將必須各自地掃描要安裝元件的四條邊，在這里處理時(shí)間通常約是1到3秒。這種處理時(shí)間使元件安裝時(shí)間延長(zhǎng)。特別是在大量安裝方形扁平封裝器件和接線器中這將帶來(lái)很大的缺陷。同時(shí)，還有當(dāng)用共面檢查攝象機(jī)49執(zhí)行共面檢查時(shí)，如前所述情況，考慮到攝象機(jī)的聚焦或者由于分辨率較低而分區(qū)攝取圖像或其它操作，這需要較長(zhǎng)的時(shí)間檢查。這還引起安裝周期的問(wèn)題。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種在需要三維形態(tài)檢查(如共面檢查)安裝元件中，能夠減少安裝處理時(shí)間的電子元件安裝裝置，并且能夠確保在元件安裝中獲取圖像的水平和垂直兩個(gè)方向的像素尺寸(分辨率)，并且還能夠靈活地適用于窄間距元件如方形扁平封裝器件和接線器安裝情況中較高速度和較高分辨率(較高精度)的安裝過(guò)程。
在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些方面和其它方面，根據(jù)本發(fā)明的第一個(gè)方面，在這兒提供的一種電子元件安裝裝置包括一個(gè)用來(lái)把要安裝的電子元件輸送到一個(gè)底板上的元件輸送部分；一個(gè)用來(lái)吸取電子元件的吸頭部分；一個(gè)用來(lái)移動(dòng)吸頭部分的吸頭部分移動(dòng)器件；一個(gè)三維圖像攝取器件，提供在吸頭部分移動(dòng)范圍下面的位置，用來(lái)通過(guò)一激光光束實(shí)現(xiàn)線掃描元件從每條線獲得元件的高度數(shù)據(jù)；一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)從三維圖像攝取器件獲取的高度數(shù)據(jù)如三維圖像數(shù)據(jù)的圖像存儲(chǔ)器；和一個(gè)用來(lái)執(zhí)行對(duì)電子元件的三維圖像數(shù)據(jù)圖像處理的控制部分。
在這種設(shè)計(jì)中，安裝元件的三維圖像能夠通過(guò)三維圖像攝取器件來(lái)獲取，并且能夠?qū)υ撊S圖像執(zhí)行圖像處理，通過(guò)這一處理，電子元件的定位和三維元件的形態(tài)檢查能夠同時(shí)完成。
結(jié)果，鑒于圖9所示已有技術(shù)中由攝象機(jī)定位和三維形態(tài)特性如共面檢查是順序執(zhí)行(分開處理)的，而
圖10所示的是定位和三維檢查能夠同時(shí)處理的，因此元件安裝時(shí)間能夠大大地縮短。在此參照?qǐng)D10A-10C，描述本發(fā)明與圖9A-9D所示已有技術(shù)之間的差別。
圖10A-10C是對(duì)應(yīng)于本發(fā)明第一方面的一個(gè)較特殊例子的電子元件安裝裝置安裝過(guò)程圖。參照?qǐng)D10A-10C，附圖標(biāo)記2表示一個(gè)電子元件；3表示一個(gè)放置電子元件2的輸送盤；7表示一個(gè)用來(lái)移動(dòng)電子元件2的吸頭部分；8表示一個(gè)用來(lái)捕獲三維圖像的三維圖像攝取裝置3D傳感器；以及9表示一塊將要在上面安裝電子元件2的印刷電路板。
在圖10A所示的步驟中，電子元件2被吸頭部分7從輸送盤3吸起。如圖10B所示的步驟，當(dāng)電子元件2隨著吸頭部分7的移動(dòng)在3D傳感器8上移動(dòng)，被吸起和移動(dòng)的電子元件2的底部2a的三維圖像通過(guò)移動(dòng)圖像處理裝置G1和用3D傳感器8發(fā)射的激光光束8a掃描被捕獲存入圖像存儲(chǔ)器M1。然后，對(duì)這個(gè)三維圖像上執(zhí)行圖像處理，通過(guò)這個(gè)處理來(lái)完成電子元件2的定位和三維形態(tài)檢查。在圖10C所示的步驟中，基于圖像處理裝置G1處理確定的位置信息電子元件2被安裝在印刷電路板9上。
根據(jù)本發(fā)明的第二個(gè)方面，這里提供一個(gè)依據(jù)本發(fā)明第一方面的電子元件安裝裝置，其中控制部分這樣設(shè)置，以便由激光光束與電子元件在三維圖像攝取器件的上方移動(dòng)的方向垂直的方向上掃描獲得的三維圖像數(shù)據(jù)，并存儲(chǔ)到圖像存儲(chǔ)器，同時(shí)把用來(lái)移動(dòng)電子元件的移動(dòng)器件的工作速度設(shè)置為常量。
在這種設(shè)計(jì)中，在第一方面所描述的電子元件安裝裝置中，移動(dòng)軸的工作速度設(shè)置為常數(shù)，并且可以消除在安裝過(guò)程前后元件移動(dòng)軸的不必要的停頓。因此，能夠減少安裝過(guò)程中的處理時(shí)間。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，這里提供一個(gè)電子元件安裝裝置包括一個(gè)用來(lái)移動(dòng)要安裝的電子元件到一個(gè)底板上的移動(dòng)器件；一個(gè)安置在移動(dòng)器件下面位置的多棱鏡；一個(gè)為多棱鏡發(fā)射激光光束的半導(dǎo)體激光器；一個(gè)安置在多棱鏡周圍位置的位置傳感器；和一個(gè)用來(lái)在激光光束已經(jīng)投射到電子元件的下表面的位置傳感器上形成圖像的圖像形成透鏡，其中半導(dǎo)體激光器這樣安置以便其激光光束將投射到旋轉(zhuǎn)多棱鏡，再反射，并且投射到通過(guò)多棱鏡上方的電子元件的下表面，其中根據(jù)由移動(dòng)器件使電子元件通過(guò)多棱鏡上方的操作和通過(guò)多棱鏡的旋轉(zhuǎn)操作觸發(fā)激光器掃描，計(jì)算由位置傳感器的輸出數(shù)據(jù)，獲得元件三維圖像數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)到圖像存儲(chǔ)器，因此，利用該三維圖像同時(shí)執(zhí)行電子元件的定位和形態(tài)檢查。
在這種設(shè)計(jì)中，電子元件的三維圖像能夠通過(guò)多棱鏡、半導(dǎo)體位置傳感器件、以及半導(dǎo)體激光器等組成的三維圖像攝取器件來(lái)獲取，通過(guò)這個(gè)獲取的三維圖像，電子元件的定位和三維形態(tài)檢查能夠同時(shí)完成。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，這里提供一個(gè)電子元件安裝裝置還包括一個(gè)用來(lái)從移動(dòng)器件的一個(gè)參考位置計(jì)算移動(dòng)器件的移動(dòng)量的移動(dòng)量檢測(cè)電路；一個(gè)用來(lái)基于多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)量信號(hào)的接收從多棱鏡的一個(gè)參考位置計(jì)算多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)量的轉(zhuǎn)動(dòng)量檢測(cè)電路；和一個(gè)用來(lái)比較移動(dòng)器件的移動(dòng)量和多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)量的第一比較電路，其中當(dāng)從第一比較電路獲得的移動(dòng)器件的移動(dòng)量和多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)量的差作為一個(gè)比較結(jié)果落在允許的范圍內(nèi)時(shí)，在圖像存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)處理，而當(dāng)上述轉(zhuǎn)動(dòng)量的差沒(méi)有落在允許的范圍內(nèi)時(shí)，在圖像存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)作為無(wú)效數(shù)據(jù)處理。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，這里提供一個(gè)電子元件安裝裝置還包括一個(gè)用來(lái)計(jì)算每次移動(dòng)器件移動(dòng)速度的移動(dòng)速度檢測(cè)電路；一個(gè)用來(lái)基于多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)量信號(hào)的接收計(jì)算每次多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的轉(zhuǎn)動(dòng)速度檢測(cè)電路；一個(gè)用來(lái)彼此比較移動(dòng)器件的移動(dòng)速度和多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的第二比較電路，其中當(dāng)從第一比較電路獲得的移動(dòng)器件的移動(dòng)速度和多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的差作為一個(gè)比較結(jié)果落在允許的范圍內(nèi)時(shí)，在圖像存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)處理，而當(dāng)上述轉(zhuǎn)動(dòng)速度的差沒(méi)有落在允許的范圍內(nèi)時(shí)，在圖像存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)作為無(wú)效數(shù)據(jù)處理。
在這種設(shè)計(jì)中，在第三與/或第四方面所述的電子元件安裝裝置中，移動(dòng)要安裝的電子元件的移動(dòng)量以及多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)量，和/或移動(dòng)器件的移動(dòng)速度以及多棱鏡的移動(dòng)速度由電路監(jiān)控，通過(guò)該電路監(jiān)控可以保證由移動(dòng)器件和多棱鏡兩者相互獨(dú)立的掃描運(yùn)動(dòng)獲取的三維圖像的處于正常狀態(tài)(即橫向比率一致，而沒(méi)有任何部分形變)。因此，從三維圖像的處理獲得的計(jì)算結(jié)果的精度和可靠性是可以保證的。
根據(jù)本發(fā)明的第六方面，這里提供一個(gè)依據(jù)第三到第五方面的任何一個(gè)的電子元件安裝裝置還包括一個(gè)用來(lái)變換三維圖像獲取的基本時(shí)鐘速率的時(shí)鐘速率變換裝置，其中當(dāng)對(duì)于三維圖像需要高分辨率時(shí)，基本時(shí)鐘速率通過(guò)時(shí)鐘速率變換裝置設(shè)置較快，同時(shí)移動(dòng)器件的移動(dòng)速度設(shè)置慢一些，而當(dāng)為獲取三維圖像需要高速時(shí)，基本時(shí)鐘速率通過(guò)時(shí)鐘速率變換裝置設(shè)置較慢，同時(shí)移動(dòng)器件的移動(dòng)速度設(shè)置快一些。
在這種設(shè)計(jì)中，在上述第三到第五方面的任何一個(gè)方面的電子元件安裝裝置中，為了獲取三維圖像，該裝置能夠通過(guò)改變基本時(shí)鐘速率以及結(jié)合加速或減速在移動(dòng)器件上物體移動(dòng)的速度來(lái)工作。在這種方法中，執(zhí)行對(duì)應(yīng)于要安裝元件的電子元件的定位和三維形態(tài)檢查并不損害獲取圖像的正確性，在為選擇定位或檢查精度增強(qiáng)分辨率與為選擇速度增強(qiáng)掃描速度之間的切換能夠簡(jiǎn)單地執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明的第七方面，這里提供一個(gè)依據(jù)第三到第六方面的任何一個(gè)方面的電子元件安裝裝置還包括一個(gè)用來(lái)在元件定位于圖像數(shù)據(jù)獲取起始位置后的時(shí)間直到元件定位于線掃描的有效激光光束起始位置期間計(jì)算元件移動(dòng)距離的器件，其中考慮到由計(jì)算裝置計(jì)算的距離，利用三維圖像實(shí)現(xiàn)的元件定位。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，當(dāng)根據(jù)計(jì)算裝置執(zhí)行的計(jì)算結(jié)果實(shí)現(xiàn)元件定位時(shí)，它能夠避免由于時(shí)間偏移的變化而可能引起定位精度下降，結(jié)果提高定位的精度。
根據(jù)上述本發(fā)明的各個(gè)方面，該電子元件安裝裝置能夠在需要三維形態(tài)檢查(如共面檢查)的安裝元件中減少安裝處理時(shí)間，并且能夠保證元件安裝中獲取圖像的水平和垂直像素尺寸(分辨率)，還能夠靈活地靈活地適應(yīng)較高速和較高分辨率(較高精度)的窄間距元件如方形扁平封裝器件和接線器的安裝。
下面參照附圖并結(jié)合實(shí)施例說(shuō)明本發(fā)明的各種特點(diǎn)，其中圖1是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電子元件安裝裝置的整體輪廓圖；圖2A,2B,2C,2D,2E，和2F是本實(shí)施例中三維圖像獲取的解釋圖；圖3A,3B，和3C是本實(shí)施例中電子元件安裝操作的解釋圖；圖4是一個(gè)本實(shí)施例中3D傳感器沿X軸方向的截面布局圖；圖5是一個(gè)本實(shí)施例中3D傳感器沿Y軸方向的截面布局圖；圖6是一個(gè)從本實(shí)施例中3D傳感器輸出信號(hào)解釋圖；圖7是一個(gè)本實(shí)施例中主控制部件的內(nèi)部布局圖；圖8是一個(gè)本實(shí)施例中高度計(jì)算電路的內(nèi)部布局圖；圖9A,9B,9C，和9D是根據(jù)已有技術(shù)電子元件安裝裝置的安裝過(guò)程圖；圖10A,10B，和10C是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電子元件安裝裝置的安裝過(guò)程圖；圖11是一個(gè)根據(jù)本實(shí)施例測(cè)量高度方法的一個(gè)例子的解釋圖；圖12是一個(gè)本實(shí)施例中主控制部件和其他獨(dú)立器件之間的關(guān)系解釋圖；圖13是一個(gè)本實(shí)施例中顯示圖像獲取時(shí)間的時(shí)序圖；圖14是一個(gè)本實(shí)施例中顯示從圖像獲取到圖像處理操作的流程圖；圖15A,15B，和15C是順序進(jìn)行元件引線識(shí)別的一個(gè)例子的算法的解釋圖；圖16A,16B，和16C是關(guān)于元件引線位移的測(cè)量方法解釋圖；圖17是一個(gè)元件的各個(gè)引線端高度的計(jì)算解釋圖；以及圖18是一個(gè)顯示本實(shí)施例中一組電子元件的圖像獲取和處理的時(shí)序圖。
在描述本發(fā)明之前，注意同樣的附圖標(biāo)記表示附圖中同樣的部件。
在下文中，參照附圖詳細(xì)描述一個(gè)本發(fā)明實(shí)施例的電子元件安裝裝置。
圖1是一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的電子元件安裝裝置的整體輪廓圖。圖1中，附圖標(biāo)記1表示一個(gè)電子元件安裝裝置的安裝裝置主體；2表示一個(gè)要被安裝裝置安裝的電子元件(以后，簡(jiǎn)稱為元件)；3表示一個(gè)放置元件的盤；4表示一個(gè)用來(lái)自動(dòng)輸送盤3上元件2的作為元件輸送單元的盤輸送單元；7表示一個(gè)用來(lái)在安裝過(guò)程中吸起和放下元件2的吸頭；5表示作為吸頭部分移動(dòng)裝置的一個(gè)部件的X-Y軸機(jī)械手臂的一部分的X-軸側(cè)機(jī)械手臂(以后，簡(jiǎn)稱為X-軸機(jī)械手臂)，它使吸頭7沿著X軸移動(dòng)；6a和6b表示X-Y軸機(jī)械手臂的一部分的Y-軸側(cè)機(jī)械手臂(以后，簡(jiǎn)稱為Y-軸機(jī)械手臂)，它使吸頭7沿著Y軸移動(dòng)；8表示一個(gè)三維(以后，簡(jiǎn)稱為3D)傳感器，它獲取元件2的高度圖像；9表示一塊其上安裝元件2的印刷電路板。
當(dāng)放置于輸送盤3上的元件2被吸頭7吸起并且沿著X-軸機(jī)械手臂5移動(dòng)時(shí)，一個(gè)元件2的3D(高度)圖像被3D傳感器8捕獲。通過(guò)3D傳感器8捕獲的(高度)圖像由軟件進(jìn)行處理，以便于對(duì)元件2的定位、引線位移或者其它項(xiàng)目的3D形態(tài)檢查。然后，根據(jù)該定位信息，把元件2安裝在印刷電路板9上的特定位置。
圖2A-2F是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子元件安裝裝置的3D圖像捕獲過(guò)程的解釋圖。在圖2A-2F中，附圖標(biāo)記2表示被X-軸機(jī)械手臂5的操作移動(dòng)的元件；8表示三維傳感器；44表示由一個(gè)多棱鏡掃描的激光光束；45表示一個(gè)元件2的引線端之一并且它被彎向相對(duì)放置表面的一側(cè)(即發(fā)生位移)；46表示由3D傳感器8從引線端45的圖像獲取的高度數(shù)據(jù)。
圖2A-2C描述元件2的3D圖像是如何通過(guò)元件2在3D傳感器8上移動(dòng)的步驟捕獲到圖像存儲(chǔ)器35中，通過(guò)激光光束44在垂直于元件運(yùn)動(dòng)的方向上掃描，施加激光光束44到元件2的下表面來(lái)在半導(dǎo)體位置傳感器上形成一個(gè)激光光束44的反射圖像，并且計(jì)算半導(dǎo)體位置傳感器的輸出來(lái)確定高度。
如從3D傳感器8一側(cè)看，圖像存儲(chǔ)器35各條水平線中捕獲的數(shù)據(jù)是位于各條激光掃描線上的高度計(jì)算對(duì)象(在本例中為元件2的引線和封裝)的高度數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)如X-Y橫截面視圖所示。
圖2D-2F描述當(dāng)元件2在3D傳感器8已經(jīng)通過(guò)時(shí)某個(gè)時(shí)間點(diǎn)上圖像存儲(chǔ)器35的一個(gè)狀態(tài)。尤其是，如果引線端45發(fā)生位移，對(duì)應(yīng)于在Z-W橫截面視圖之外的引線端45的高度46比其他引線高。該數(shù)據(jù)比較使得3D形態(tài)檢查(如對(duì)引線位移的檢查)能夠進(jìn)行。
另外，因?yàn)閳D像存儲(chǔ)器35接收元件2的二維圖像，盡管在亮度數(shù)據(jù)和高度數(shù)據(jù)之間存在差別，這個(gè)信息的圖像處理能以如攝象機(jī)的圖像攝取器件圖像處理的同樣方式使元件2定位。
圖3A-3C是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的電子元件安裝裝置的安裝操作解釋圖。在圖3A-3C中，附圖標(biāo)記2,3,4,8,9表示要被吸起元件，輸送盤，盤輸送單元，3D傳感器，以及要在其上安裝元件的印刷電路板。
在圖3A中，由從點(diǎn)A至點(diǎn)B，從點(diǎn)B至點(diǎn)C，以及從點(diǎn)C至點(diǎn)D的箭頭所示的軌跡表示元件2通過(guò)由電子元件安裝裝置的安裝在印刷電路板9上所要求的位置的一系列操作包括如下步驟從輸送盤上吸起元件2，使得元件2通過(guò)3D傳感器8，由此3D傳感器8獲取元件2的3D圖像，通過(guò)該圖像數(shù)據(jù)的圖像處理執(zhí)行元件的定位和檢查由此計(jì)算和修正安裝位置。
圖3B,3C表示各條機(jī)械手臂沿X軸和Y軸根據(jù)圖3A所示的元件2的軌跡方向移動(dòng)操作是如何加速或減速。在這種情況下，元件2在沿X-軸在點(diǎn)B至點(diǎn)C之間移動(dòng)時(shí)，通過(guò)3D傳感器8上方獲得一個(gè)3D圖像。在這個(gè)過(guò)程中，X-軸機(jī)械手臂的操作速度為常數(shù)而Y軸機(jī)械手臂保持不動(dòng)。
對(duì)于其他操作，為了減少總的安裝時(shí)間，在從在點(diǎn)A和點(diǎn)B之間的操作到在點(diǎn)B和點(diǎn)C之間的操作，以及從在點(diǎn)B和點(diǎn)C之間的操作到在點(diǎn)C和點(diǎn)D之間的操作的速度改變點(diǎn)的暫時(shí)停頓所需的加速和減速操作被消除，所以可以提高該機(jī)器安裝的效率。
下面將詳細(xì)描述3D傳感器8的構(gòu)造和功能。
圖4是一個(gè)3D傳感器8的沿X軸方向看的布局視圖(截面圖)，而圖5是一個(gè)3D傳感器8的沿Y軸方向看的布局視圖(截面圖)。在圖4和圖5中，附圖標(biāo)記5表示X軸機(jī)械手臂，7表示吸頭，2表示被吸起的元件，10表示一個(gè)發(fā)射激光光束的半導(dǎo)體激光器，11表示一組用于聚焦和整形激光光束的聚焦和整形透鏡，12表示一個(gè)用于通過(guò)機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)使激光光束掃描并投射到鏡子上的多棱鏡，13表示一個(gè)通過(guò)部分激光光束和反射另一部分的半透鏡，以及14表示一塊用于反射光的鏡。
再者，標(biāo)號(hào)15表示一個(gè)用于改變光路徑的F-θ透鏡，使得被通過(guò)多棱鏡12機(jī)械地移動(dòng)的激光光束垂直地投射在元件2上，它是被投射的對(duì)象；16a,16b表示形成已經(jīng)投射到元件2上激光光束的反射(散射光)圖像的圖像形成透鏡；17a,17b表示作為位置檢測(cè)元件的半導(dǎo)體位置傳感器器件(以后簡(jiǎn)稱PSD)，已經(jīng)投射到元件2上激光光束的反射光經(jīng)過(guò)圖像形成透鏡16a,16b形成圖像于該半導(dǎo)體位置傳感器器件上，其中PSD17a,17b每個(gè)都有產(chǎn)生與圖像形成波束的位置有關(guān)的電信號(hào)的功能。還有，18a,18b表示PSD 17a,17b的輸出信號(hào)。
在這種情況中，從半導(dǎo)體激光器10發(fā)射的激光光束在由聚光-整形透鏡11在光束輪廓中聚光和整形，然后通過(guò)半反射鏡13，由反射鏡14反射，投射在多棱鏡12上。多棱鏡12是在以恒定的轉(zhuǎn)動(dòng)速度運(yùn)動(dòng)，投射在反射鏡表面的激光光束將轉(zhuǎn)動(dòng)。還有，激光光束的光路由F-θ透鏡15改變，并被垂直地投射在元件2上，并且反射光經(jīng)過(guò)圖像形成透鏡16a,16b在每個(gè)PSD 17a,17b上形成圖像以便該P(yáng)SD17a,17b產(chǎn)生允許元件2的激光反射表面被測(cè)量的的輸出信號(hào)18a,18b。
再者，附圖標(biāo)記19表示一個(gè)用于檢測(cè)光輸入的光傳感器，20表示把光已經(jīng)輸入到光傳感器19的事實(shí)向外界通知的信號(hào)。這個(gè)信號(hào)20當(dāng)多棱鏡12的各個(gè)鏡表面已經(jīng)達(dá)到特定角度時(shí)將變化，并且對(duì)應(yīng)于多棱鏡12的每個(gè)表面的一個(gè)原始信號(hào)(表示來(lái)自于哪個(gè)表面)。此外，如果多棱鏡12有18個(gè)表面，當(dāng)多棱鏡12以相等的間隔(對(duì)于18個(gè)表面每個(gè)20度)轉(zhuǎn)動(dòng)到一些角度時(shí)按著轉(zhuǎn)動(dòng)信號(hào)分別18次輸出。所得的信號(hào)稱作多棱鏡12的轉(zhuǎn)動(dòng)量信號(hào)。
在本實(shí)施例中的3D傳感器8有兩個(gè)PSD電路系統(tǒng)。設(shè)計(jì)這種預(yù)防措施主要是來(lái)補(bǔ)償基于元件上激光反射的僅一個(gè)PSD電路系統(tǒng)不足的情況，該反射光可能不會(huì)根據(jù)角度反射回到PSD電路。雖然三個(gè)或多于三個(gè)的系統(tǒng)可能更有效，但是它技術(shù)上類似于兩個(gè)系統(tǒng)的情況，所以在這里基于兩個(gè)系統(tǒng)描述。
在此，一個(gè)由PSD17a,17b測(cè)量元件高度的方法實(shí)例將分別地根據(jù)圖11所示PSD17a的情況描述。
在圖11中，一束通過(guò)F-θ透鏡15從垂直于圖11的繪圖紙方向投射到元件2上的激光光束不規(guī)則地從元件2反射。在這種情況下，假設(shè)投射點(diǎn)是一個(gè)從元件2的底部高度為0的A1點(diǎn)和一個(gè)從底部高度為H的B1點(diǎn)，該散射的激光光束通過(guò)圖像形成透鏡16a形成圖像，然后分別在PSD17a的點(diǎn)A2和B2形成圖像。結(jié)果，在點(diǎn)A2和B2產(chǎn)生電動(dòng)力，并且電流I1和I2從點(diǎn)C流出而電流I3和I4從點(diǎn)D流出。電流I1和I3的值由與點(diǎn)A2與C之間的距離XA以及點(diǎn)A2與D之間的距離成比例的電阻元件來(lái)確定，同時(shí)電流I2和I4的值由與點(diǎn)B2與C之間的距離XB以及點(diǎn)B2與D之間的距離成比例的電阻元件來(lái)確定。那么，當(dāng)PSD17a的長(zhǎng)度是L，圖11中的XA和XB由下面公式得出XA=L×I3/(I1+I3)XB=L×I4/(I2+I4)因此，在圖11的PSD 17a上點(diǎn)A2與B2之間的距離H′由下面公式確定H′=XA-XB上面高度H由在PSD上確定的H′來(lái)確定。
接下來(lái)，參照?qǐng)D6和7描述根據(jù)這個(gè)實(shí)施例在電子器件安裝裝置中形成3D圖像的工作原理。
圖6是一個(gè)從本實(shí)施例的電子器件安裝裝置的3D傳感器輸出信號(hào)解釋圖，而圖7是一個(gè)主控制部件的內(nèi)部布局方框圖。參照?qǐng)D6，附圖標(biāo)記2表示元件；5表示X-軸機(jī)器手臂；7表示吸頭；8表示3D傳感器；18a,18b表示PSD的輸出；20表示轉(zhuǎn)動(dòng)量信號(hào)；21表示電子元件安裝裝置的主控部分；22表示一個(gè)用來(lái)報(bào)告在X-軸機(jī)器手臂5上3D圖像的獲得圖像參考位置的主控部分21的參考位置傳感器；23表示當(dāng)吸頭7已經(jīng)通過(guò)了參考位置傳感器22時(shí)，用于通知它的主控制部分21的參考位置信號(hào)；以及25表示由解碼器24輸出的解碼信號(hào)。
當(dāng)元件2由X-軸機(jī)器手臂5的移動(dòng)從輸送盤3中吸起，該解碼器24保持正常地給出解碼信號(hào)(AB相位，Z相位或等效信號(hào))25到主控制部分21。因而，因?yàn)楫?dāng)元件2通過(guò)參考位置傳感器22時(shí)，該參考位置信號(hào)23被傳送到主控制部分21，所以這兩個(gè)信號(hào)使得主控制部分21可以從元件2在X-軸機(jī)器手臂5上的參考位置計(jì)算出該元件的相對(duì)位置。
同時(shí)，隨著多棱鏡12的轉(zhuǎn)動(dòng)，在3D傳感器8內(nèi)的多棱鏡12的轉(zhuǎn)動(dòng)量被作為轉(zhuǎn)動(dòng)量信號(hào)正常地送給主控制部分21。這樣，轉(zhuǎn)動(dòng)量信號(hào)20象參考位置信號(hào)23一樣自元件通過(guò)參考位置后，計(jì)算多棱鏡12的轉(zhuǎn)動(dòng)量。
因?yàn)槎嗬忡R12的轉(zhuǎn)動(dòng)量與其速度成比例地增加，所以X-軸機(jī)器手臂5的移動(dòng)量同樣增加。另一方面，在本實(shí)施例的3D傳感器8中，假設(shè)多棱鏡12將轉(zhuǎn)動(dòng)并且X-軸機(jī)器手臂5在3D圖像的圖像獲取中以相對(duì)于多棱鏡12轉(zhuǎn)動(dòng)的均勻速度筆直前進(jìn)。如果這個(gè)條件被破壞，獲得的3D圖像的每個(gè)像素的水平和垂直分辨率將隨著速度的改變而改變。這是在測(cè)量精度中產(chǎn)生誤差的一個(gè)因素。因此，在本實(shí)施例的電子元件安裝裝置中，3D圖像由上述結(jié)構(gòu)的3D傳感器8獲得，并存入主控制部分21的圖像存儲(chǔ)器35中，同時(shí)該裝置利用電動(dòng)機(jī)的解碼信號(hào)25以及多棱鏡12的轉(zhuǎn)動(dòng)量信號(hào)20來(lái)監(jiān)視和控制著基本上執(zhí)行勻速轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)的多棱鏡12與由電機(jī)(如伺服電機(jī))驅(qū)動(dòng)的吸頭7之間的匹配。
參照?qǐng)D7，附圖標(biāo)記26表示在接收到解碼信號(hào)25時(shí)，用于從X-軸機(jī)器手臂5的參考位置來(lái)計(jì)算移動(dòng)量(距離)的一個(gè)移動(dòng)量檢測(cè)電路；27表示在接收到解碼信號(hào)25時(shí)，用來(lái)計(jì)算X-軸機(jī)器手臂5每次移動(dòng)速度的一個(gè)移動(dòng)速度檢測(cè)電路；28表示在接收到多棱鏡12的轉(zhuǎn)動(dòng)量信號(hào)20時(shí)，從X-軸機(jī)器手臂5的參考位置來(lái)計(jì)算轉(zhuǎn)動(dòng)的移動(dòng)量的一個(gè)檢測(cè)電路；29表示在接收到轉(zhuǎn)動(dòng)量信號(hào)20時(shí)，用來(lái)計(jì)算多棱鏡12的每次轉(zhuǎn)動(dòng)速度的一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度檢測(cè)電路；30表示一個(gè)用來(lái)比較X-軸機(jī)器手臂5的移動(dòng)與多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)之間的移動(dòng)量的第一比較電路；31表示一個(gè)用來(lái)比較X-軸機(jī)器手臂5的移動(dòng)與多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)之間的移動(dòng)量的第二比較電路；32,33分別表示用來(lái)存儲(chǔ)比較電路30,31的比較結(jié)果的存儲(chǔ)電路；34表示一個(gè)用來(lái)控制和監(jiān)視整個(gè)主控制部分21的處理電路；35表示一個(gè)用來(lái)獲得或者存儲(chǔ)3D圖像(高度圖像)的圖像存儲(chǔ)器；36表示一個(gè)用來(lái)產(chǎn)生各種時(shí)序信號(hào)以便獲得由3D傳感器8傳送的PSD輸出18a,18b的時(shí)序產(chǎn)生電路；38表示一個(gè)用來(lái)把PSD輸出18a,18b變換并且校正到高度信號(hào)的高度計(jì)算電路。
由3D傳感器8產(chǎn)生的PSD輸出18a,18b通過(guò)接口電路37輸入到主控制部分21。輸入的PSD輸出18a,18b基本上是PSD 17a,17b輸出的未處理信號(hào)。為了使高度圖像用軟件方式處理，必須執(zhí)行各種類型的計(jì)算如在PSD輸出18a,18b上執(zhí)行高度變換和效正計(jì)算，并且這個(gè)是由高度計(jì)算電路38來(lái)完成。由高度計(jì)算電路38計(jì)算的信號(hào)作為高度數(shù)據(jù)獲得存入圖像存儲(chǔ)器35，并且易于各種類型軟件由處理電路處理。
存入到圖像存儲(chǔ)器35的高度數(shù)據(jù)的獲取繼續(xù)在圖像存儲(chǔ)器35的各自的水平線上執(zhí)行。在這種情況下，多棱鏡12的轉(zhuǎn)動(dòng)量信號(hào)20是作為各個(gè)多棱鏡面的同步信號(hào)(參考信號(hào))使用的。
在這樣一個(gè)圖像獲取操作的順序中，X-軸機(jī)器手臂5的操作(即為了圖像的獲取跟蹤元件的移動(dòng))和多棱鏡12的操作是彼此獨(dú)立地執(zhí)行。更詳細(xì)地，根據(jù)解碼信號(hào)25,X-軸機(jī)器手臂5的移動(dòng)量和移動(dòng)速度是分別由移動(dòng)量檢測(cè)電路26與移動(dòng)速度檢測(cè)電路27計(jì)算。然后，根據(jù)多棱鏡12的轉(zhuǎn)動(dòng)量信號(hào)20，多棱鏡12的轉(zhuǎn)動(dòng)量和轉(zhuǎn)動(dòng)速度分別由轉(zhuǎn)動(dòng)量檢測(cè)電路28與轉(zhuǎn)動(dòng)速度檢測(cè)電路29計(jì)算。X-軸機(jī)器手臂5和多棱鏡12的移動(dòng)量和移動(dòng)速度分別由比較電路30,31彼此比較，并且該比較結(jié)果存在存儲(chǔ)電路32,33中。用這種方法，在X-軸機(jī)器手臂5移動(dòng)和多棱鏡12轉(zhuǎn)動(dòng)之間的同步操作被監(jiān)視和控制。
作為一個(gè)監(jiān)視的例子，在每個(gè)比較電路30,31中，當(dāng)從比較結(jié)果獲得的差落在允許的范圍內(nèi)時(shí)，存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)被處理為有效數(shù)據(jù)。當(dāng)所述差沒(méi)有落在允許的范圍內(nèi)時(shí)，存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)被處理為無(wú)效數(shù)據(jù)。即，可能任何比較誤差大于一個(gè)特定的水平就認(rèn)為是圖像獲取錯(cuò)誤，并且接著用多于一個(gè)的獲取圖像的方法，或者通過(guò)參考比較結(jié)果，使用軟件或一個(gè)附加提供的電路對(duì)在圖像存儲(chǔ)器35中的3D圖像進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化、校正或其他處理。
在此，下面將描述把多棱鏡12的轉(zhuǎn)動(dòng)量變換為移動(dòng)量的例子。
假設(shè)多棱鏡12具有十二個(gè)面并且設(shè)計(jì)為當(dāng)多棱鏡12轉(zhuǎn)動(dòng)30度(=360°/12)時(shí)元件2被移動(dòng)40μm。在這時(shí)，當(dāng)在圖像獲得啟動(dòng)后多棱鏡12的轉(zhuǎn)動(dòng)量是125.5周，則元件2被移動(dòng)了60240μm[=125.5(周)×12(面/周)×40μm]。
為了在電路中實(shí)現(xiàn)這種工作，在圖像獲取期間對(duì)來(lái)自多棱鏡12(來(lái)自每個(gè)表面源的信號(hào)編號(hào)是多棱鏡12的每個(gè)表面的一個(gè)參考點(diǎn))的轉(zhuǎn)動(dòng)量信號(hào)20的脈沖數(shù)量進(jìn)行記數(shù)。在上述的例子中，當(dāng)多棱鏡12被轉(zhuǎn)動(dòng)125.5周，表面源的數(shù)據(jù)被計(jì)數(shù)到1506[=125.5(周)×12(表面源的數(shù)量)。因此，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)量信號(hào)20的脈沖數(shù)量是1506，可以認(rèn)為元件移動(dòng)了40μm，而后，多棱鏡12的轉(zhuǎn)動(dòng)量能夠變換為移動(dòng)量。
圖8是一個(gè)高度計(jì)算電路38的內(nèi)部布局圖。附圖標(biāo)記41表示一個(gè)用來(lái)在PSD輸出18a,18b上執(zhí)行模數(shù)變換的A-D變換電路；42表示一個(gè)時(shí)鐘產(chǎn)生電路；43表示一個(gè)通過(guò)從時(shí)鐘產(chǎn)生電路42產(chǎn)生的一組時(shí)鐘選出一個(gè)用來(lái)提供一個(gè)速率(頻率)的時(shí)鐘給A-D變換電路41或圖像存儲(chǔ)器35作為時(shí)鐘速率變換裝置的時(shí)鐘選擇電路；44表示一個(gè)用來(lái)在PSD輸出18a,18b上通過(guò)三角測(cè)量原理執(zhí)行計(jì)算的高度轉(zhuǎn)換電路；以及45表示一個(gè)用來(lái)糾正在表面PSD17a,17b上形成圖像的光束的位置與激光光束投射在測(cè)量目標(biāo)的位置之間的非線性關(guān)系的高度糾正電路。在這種情況下，由時(shí)鐘產(chǎn)生電路42產(chǎn)生的兩種或多種頻率的時(shí)鐘由時(shí)鐘選擇電路43選擇，并且該選中的時(shí)鐘送到主控制部分21內(nèi)的所需電路，如需要這些信號(hào)的A-D轉(zhuǎn)換電路41和圖像存儲(chǔ)器35，同時(shí)X-軸機(jī)器手臂的工作速度與這些時(shí)鐘的速度成反比地增加或減少。因此，它不用附加任何特殊電路就能夠改變分辨率，同時(shí)保持獲取圖像(3D圖像)的水平和垂直像素尺寸。例如，如果當(dāng)在4MHz下執(zhí)行A-D變換，而X-軸機(jī)器手臂是以100mm/s的速度操作的，則水平和垂直像素尺寸彼此相等，都為是50μm。在這種情況下，如果選擇8MHz時(shí)鐘并供給需要的電路，并且如果X-軸機(jī)器手臂是以50mm/s的速度操作的，則可以獲得像素尺寸(分辨率)為25μm的圖像。
在這種情況下，每線數(shù)據(jù)量(水平線)加倍，同時(shí)垂直方向的情況也與之相同。因此，對(duì)于相同的視野尺寸試圖獲得兩倍的分辨率將需要一個(gè)比圖像存儲(chǔ)器35大于四倍的容量。隨著分辨率的增強(qiáng)，這取決于是否選擇增大圖像存儲(chǔ)器35的容量還是限制圖像存儲(chǔ)器35視野尺寸。
接下來(lái)，將根據(jù)圖7,8,12和13描述各個(gè)信號(hào)與由圖7和8中主控制部分21執(zhí)行的圖像獲取和圖像處理的之間的關(guān)系。
電機(jī)給移動(dòng)吸頭7抓起元件2的X-軸機(jī)器手臂5提供動(dòng)力。從編碼器輸出一個(gè)表示X-軸機(jī)器手臂5一定量移動(dòng)距離的AB相位信號(hào)和表示一個(gè)固定位置(電機(jī)一定的旋轉(zhuǎn)角度)的Z相位信號(hào)共同至電機(jī)。
當(dāng)Z相位信號(hào)和位置檢測(cè)傳感器信號(hào)都被用于檢測(cè)表示位置的位置傳感器(這可以由一種光傳感器或霍爾元件構(gòu)成的)接收到，圖像數(shù)據(jù)-獲取操作開始。
因?yàn)閆相位信號(hào)和傳感器信號(hào)被接收之后到圖像數(shù)據(jù)-獲取操作開始之前這段時(shí)間(或周期)很短，如圖13中所示，激光光束發(fā)射和圖像數(shù)據(jù)-獲取操作的同步操作是通過(guò)硬件自動(dòng)地與表示多棱鏡12表面源的旋轉(zhuǎn)量信號(hào)同步執(zhí)行的，而不是通過(guò)處理電路34來(lái)執(zhí)行。為了執(zhí)行這個(gè)操作，時(shí)鐘發(fā)生電路36輸出一個(gè)圖像數(shù)據(jù)-獲取時(shí)鐘，例如，需要獲取1000線圖像數(shù)據(jù)。以這種方式，用于獲取旋轉(zhuǎn)量信號(hào)20的時(shí)鐘處理為表示位置(多棱鏡12各個(gè)表面的表面源)，并且檢測(cè)到了就表示圖像數(shù)據(jù)-獲取操作開始。例如，當(dāng)每個(gè)元件的1000線圖像數(shù)據(jù)被獲取時(shí)，用于元件的圖像獲取操作通過(guò)獲取1000線圖像數(shù)據(jù)自動(dòng)地完成。
從各個(gè)PSD輸出至18a,18b的兩個(gè)模擬信號(hào)以上述方式輸入，然后通過(guò)一個(gè)如圖12所示的放大電路202放大。隨后，這兩個(gè)模擬信號(hào)通過(guò)表面電路37通過(guò)水平比較器電路38的A-D轉(zhuǎn)換電路41進(jìn)行模擬-數(shù)字變換。隨后，根據(jù)從PSD輸出的18a,18b被數(shù)字化的這兩個(gè)信號(hào)上述的水平比較器執(zhí)行吸頭水平位置的計(jì)算。這里，假如一個(gè)數(shù)字信號(hào)的數(shù)值落到一個(gè)允許的范圍內(nèi)，該數(shù)據(jù)被視為正常的數(shù)據(jù)并順序處理。假如這個(gè)數(shù)值落到一個(gè)不允許的范圍內(nèi)，該數(shù)據(jù)被忽略。這就是，在兩個(gè)PSD的輸出18a,18b中，如果其中一個(gè)輸出落在允許范圍內(nèi)，只有在允許范圍內(nèi)的這個(gè)PSD輸出是有用的。如果兩個(gè)PSD的輸出都落在允許范圍內(nèi)，兩個(gè)PSD的輸出數(shù)值之間的平均值是有用的。如果兩個(gè)PSD的輸出都落在不允許范圍內(nèi)，兩個(gè)PSD的輸出作為誤差發(fā)生不再被繼續(xù)處理。
在吸頭水平數(shù)據(jù)以這種方式計(jì)算之后，通過(guò)水平校正電路45執(zhí)行水平校正。不過(guò)盡管在PSD17a,17b上的投射波束的位置是線性變化的，而在PSD17a,17b上的對(duì)應(yīng)位置不是線性變化的，這個(gè)水平校正必須執(zhí)行。水平校正是通過(guò)預(yù)置的用于校正的存儲(chǔ)表格或曲線方程來(lái)執(zhí)行的并且根據(jù)上述方式校正計(jì)算的水平數(shù)據(jù)，獲得精確的水平數(shù)據(jù)結(jié)果。
水平校正水平數(shù)據(jù)輸入到圖像儲(chǔ)存電路35中而從時(shí)鐘發(fā)生電路36獲得的時(shí)鐘作為地址存儲(chǔ)。
然后，根據(jù)存儲(chǔ)電路32中作為旋轉(zhuǎn)量檢測(cè)電路28和移動(dòng)量檢測(cè)電路26之間的比較電路的比較結(jié)果的數(shù)據(jù)，決定究竟該圖像數(shù)據(jù)是否落在了允許范圍內(nèi)，如果不在允許范圍內(nèi)，存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器電路35內(nèi)的圖像數(shù)據(jù)被當(dāng)作無(wú)效數(shù)據(jù)。如果該圖像數(shù)據(jù)落在允許范圍內(nèi)，存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器電路35內(nèi)的數(shù)據(jù)被處理電路34讀出，以進(jìn)行作為元件的位置的圖像處理。
如圖14的流程圖所示，在下文中將較詳細(xì)地介紹一個(gè)圖像獲取操作的流程例子和關(guān)于元件2的獲取的圖像處理操作。
如圖14所示，首先，元件2的圖像獲取在步驟60執(zhí)行。
接著，在步驟61，已經(jīng)獲取圖像的元件2的引線定位被執(zhí)行。作為定位，盡管方法(算法)有多種，一個(gè)典型的例子將在下面敘述。這個(gè)定位較好地以如下方式執(zhí)行。首先，如圖15A所示，四邊形的元件2的一側(cè)引線傾斜度如方形扁平封裝被粗略地檢測(cè)。接著，如圖15B所示，在被粗略地檢測(cè)的引線之間任意地選擇兩個(gè)引線的位置。最后，如圖15C所示，根據(jù)粗略檢測(cè)引線位置，精確地檢測(cè)在元件一側(cè)的引線位置。以這種方法，四邊形元件2(如方形扁平封裝元件)的一側(cè)引線位置被檢測(cè)，根據(jù)在一側(cè)的已檢測(cè)引線位置，余下的引線位置可以用如圖15C所示的相對(duì)于另一側(cè)的引線精確地檢測(cè)。
接下來(lái)，在步驟62確定引線的間距是否合適。如果合適，每個(gè)引線的高度計(jì)算在步驟63按下面描述的方式執(zhí)行。在高度計(jì)算中，如圖17所示，圍繞每個(gè)引線的引線端204的一組像素(對(duì)應(yīng)于圖17中的每個(gè)小方塊)的高度信息(這是本身存儲(chǔ)在圖像存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù))根據(jù)61步驟獲得的引線位置信息求平均以便獲得引線高度。每個(gè)引線的三維位置是通過(guò)加引線高度到由位置操作求出的各個(gè)引線的位置而求出的信息(Xi,Yi,Zi)，其中i=1,…,n(n為引線數(shù)目)。
接下來(lái)，在步驟64，一個(gè)虛擬平面(基座平面)被計(jì)算。在此，下面將描述這個(gè)虛擬平面。一般來(lái)講，當(dāng)每個(gè)具有一組如方形扁平封裝引線的元件安裝在一個(gè)底板上時(shí)，該元件的引線部分可能與板上的電極分開，這種情況稱作引線位移狀態(tài)。用來(lái)檢測(cè)元件在安裝底板上之前的引線位移的引線位移檢測(cè)是在步驟65執(zhí)行。當(dāng)該過(guò)程在元件被管口吸住的條件下執(zhí)行，如圖16A所示，該元件可能傾斜地被管口7a吸起。因此，由于這種元件的傾斜精確的引線位移不能夠通過(guò)計(jì)算每個(gè)引線的高度簡(jiǎn)單地得出。另外，找出元件安裝其接觸面上的虛擬平面，并且從虛擬距離求出到每個(gè)引線的距離，以估算其引線的位移量。在圖16A中，附圖標(biāo)記201表示一個(gè)參考平面，而200表示由于元件在被管口7a吸起時(shí)引起的傾斜造成兩個(gè)引線高度之間的誤差(H1-H2)。
上述虛擬平面202是由元件的三個(gè)引線位置構(gòu)成的，并且滿足下面兩個(gè)條件的平面能夠作為虛擬平面202的結(jié)構(gòu)點(diǎn)。
(1)如圖16B所示，所有的引線都位于虛擬平面的上方或平面上。
(2)如圖16C所示，投影在虛擬平面202上的元件2的重心點(diǎn)203是位于由構(gòu)成平面202引線位置的三個(gè)點(diǎn)定義的三角形內(nèi)。
接下來(lái)，根據(jù)在步驟63計(jì)算的高度和在步驟64找出的虛擬平面，在步驟65確定是否引線位移量落在一個(gè)允許的范圍內(nèi)。該引線位移量是通過(guò)計(jì)算引線與從所有引線中引線的三維位置求出的虛擬平面之間的距離求出的。該距離意指自虛擬平面的每個(gè)引線的引線位移量。如果引線位移量的值落在允許的范圍內(nèi)，圖像處理工作是在步驟67以引線位移錯(cuò)誤產(chǎn)生而結(jié)束。如果引線傾斜在步驟62沒(méi)有落在允許的范圍內(nèi)，圖像處理工作是在步驟66以為間距錯(cuò)誤產(chǎn)生而結(jié)束。
接下來(lái)，將描述糾正圖像獲取時(shí)序的移位糾正過(guò)程的例子。
圖12是一個(gè)顯示圖7的主控制部分21與各個(gè)器件之間的關(guān)系方框圖，在這圖中檢測(cè)電路26-29，比較電路30,31，存儲(chǔ)電路32,33，以及處理電路34在單個(gè)多棱鏡控制部分200中顯示。圖13是一個(gè)表示圖像獲取時(shí)序的時(shí)序圖。
在圖12和13中，當(dāng)元件2根據(jù)吸頭部分7的移動(dòng)定位在一個(gè)特定的位置時(shí)，3D傳感器8輸出位置測(cè)量傳感器信號(hào)，而多棱鏡控制部分200是處于為在用來(lái)移動(dòng)元件的電動(dòng)機(jī)解碼器輸出之一的Z相位產(chǎn)生時(shí)刻獲取圖像數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備工作狀態(tài)而且保證一個(gè)固定位置。
在部分200已經(jīng)處于準(zhǔn)備工作狀態(tài)后，在與該多棱鏡12的表面源的檢測(cè)操作同步下對(duì)每一條線取得實(shí)際的圖像數(shù)據(jù)。即，檢測(cè)表示多棱鏡12平面起始的轉(zhuǎn)動(dòng)量20，然后在該半導(dǎo)體10發(fā)出激光束同時(shí)進(jìn)行的圖像獲取操作。
在這時(shí)刻，如圖13所示，在吸頭部分7定位在圖像獲取起始位置后直到圖像數(shù)據(jù)獲取實(shí)際開始有一個(gè)時(shí)間延時(shí)。這個(gè)時(shí)間延時(shí)包括一個(gè)在圖像獲取之前因?yàn)槲^部分7與多棱鏡12的異步而元件可能移動(dòng)的時(shí)間量t，而由于電路的建立引起的作為準(zhǔn)備周期的一個(gè)延時(shí)是一個(gè)固定時(shí)間。
在這個(gè)時(shí)間延時(shí)之后，一幀圖像與多棱鏡12同步獲取。
因此，元件2定位在3D傳感器8的圖像獲取起始位置后直到3D傳感器8的多棱鏡12定位在掃描開始位置元件2被移動(dòng)的距離是用來(lái)由計(jì)數(shù)電路300移動(dòng)元件2通過(guò)計(jì)算電動(dòng)機(jī)編碼器輸出(AB相位)求出以便輸出該結(jié)果到處理電路34。然后，根據(jù)求出的結(jié)果，執(zhí)行元件2的定位，結(jié)果避免了由于定時(shí)移位變化引起的定位精度的惡化。所以，這定位能夠一較高的精度執(zhí)行。
雖然在上述的實(shí)施例中元件2是由吸頭部分7的單吸引管口吸起，但是本發(fā)明能夠應(yīng)用到具有一組管口的吸頭部分7的情況。在這樣情況下一組元件分別被一組管口吸起，當(dāng)定位和元件形態(tài)檢查連續(xù)執(zhí)行時(shí)，例如，每個(gè)元件有1000線的圖像數(shù)據(jù)被獲取，則對(duì)應(yīng)于四個(gè)管口有4000線的圖像數(shù)據(jù)被獲取同時(shí)每1000線的圖像數(shù)據(jù)與一個(gè)元件的圖像數(shù)據(jù)有關(guān)。
對(duì)于定位和三維形態(tài)檢查的次數(shù)被認(rèn)為是大大地占用了處理時(shí)間。然而，根據(jù)本發(fā)明，當(dāng)被一組管口吸起的一組元件的三維圖像由3D傳感器順序地獲取然后這些元件由管口依次安裝在一個(gè)底板上時(shí)，在一個(gè)元件被一個(gè)管口吸起并移動(dòng)和一組元件被一組管口吸起并移動(dòng)的兩種情況下對(duì)應(yīng)于元件從元件吸起位置到元件安裝位置的移動(dòng)時(shí)間是近似于恒定量，結(jié)果獲得較好的效果，特別是減少處理的時(shí)間。
如圖18所示，在考慮元件2的安裝順序，圖像處理的順序能夠適應(yīng)于具有多個(gè)管口的吸頭部分7的變化。即，例如假設(shè)四個(gè)管口(從第1到第4)順序地吸起元件2并且它們的圖像數(shù)據(jù)在圖像存儲(chǔ)器電路35中獲取，這些元件就以從第1到第4的順序安裝在一個(gè)底板上。在這種時(shí)候，每當(dāng)獲取到每個(gè)元件的圖像數(shù)據(jù)時(shí)，就確定是否在其它元件圖像數(shù)據(jù)的圖像處理之前應(yīng)該執(zhí)行獲取圖像數(shù)據(jù)的圖像處理。那么，具有最高優(yōu)先權(quán)元件的圖像處理能夠在其它元件圖像處理之前執(zhí)行。在這樣的情況下，因?yàn)閳D像處理是在安裝工作的較早的階段執(zhí)行，所以安裝工作能夠在相應(yīng)的圖像處理完成后執(zhí)行，即使其它元件的圖像處理被執(zhí)行。
再者，從上面的描述明顯看出，增強(qiáng)分辨率不僅僅需要時(shí)鐘速率的增加而且還同時(shí)減少X-軸機(jī)器手臂5的速度。
另一種情況，要保持跟上元件(如方形扁平封裝元件和接線器)的狹窄的間距，就不可避免地要增強(qiáng)圖像的分辨率，同時(shí)能夠用粗略分辨率測(cè)量的元件將用可能最快速度的掃描形成圖像。在這些情況中，用來(lái)增強(qiáng)分辨率的這種方法是非常有效的。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，高度圖像是利用三維圖像攝取器件得到的，并且對(duì)這由三維圖像攝取器件得到的三維圖像進(jìn)行圖像處理。結(jié)果，這使得在同一過(guò)程中同時(shí)對(duì)要安裝的電子元件執(zhí)行定位以及進(jìn)行以共面檢查為代表的三維元件形態(tài)檢查成為可能。
因此，在需要如共面檢查的三維形態(tài)檢查的安裝元件過(guò)程期間安裝處理時(shí)間能夠減少。
還有，作為一個(gè)例子用來(lái)移動(dòng)吸頭部分如X-軸機(jī)器手臂或Y-軸機(jī)器手臂的吸頭部分移動(dòng)器件的工作速度可以定為常量，并且元件的移動(dòng)在移動(dòng)工作前后的安裝操作期間不受中止的約束。除此之外，異步的兩個(gè)軸(吸頭部分移動(dòng)器件的驅(qū)動(dòng)軸和多棱鏡驅(qū)動(dòng)軸)可以基本上機(jī)械地工作。因此，這可以提供一個(gè)能夠通過(guò)采用三維圖像攝取器件獲取三維圖像來(lái)確保水平和垂直像素尺寸(分辨率)的系統(tǒng)。
這還可以確保在元件安裝期間對(duì)應(yīng)于該獲取圖像的水平和垂直像素尺寸(分辨率)。
再者，對(duì)于狹窄間距元件(如方形扁平封裝元件和接線器)的安裝，在獲取元件圖像時(shí)，需要采用增強(qiáng)分辨率。另一方面，對(duì)于元件的安裝可以用較低分辨率來(lái)測(cè)量，通過(guò)較低分辨率(與增強(qiáng)分辨率相比)可以快速掃描完成進(jìn)行圖像獲取，同時(shí)保持安裝元件獲取圖像中像素的正常性。
所以，對(duì)于狹窄間距元件(如方形扁平封裝元件和接線器)的安裝，電子元件安裝裝置能夠靈活地適應(yīng)較高速和較高分辨率(較高精度)的安裝。
雖然在本實(shí)施例中解碼器24的輸出是用于從吸頭部分7在X-軸機(jī)器手臂5上的參考位置檢測(cè)一個(gè)相對(duì)位置，但是它能夠通過(guò)直接地運(yùn)用一個(gè)線性尺度到X-軸機(jī)器手臂5來(lái)檢測(cè)吸頭部分7的位置。
這整個(gè)公開的日本專利申請(qǐng)?zhí)朜o.8-100744是1996年4月23日申請(qǐng)的，其中包括詳細(xì)說(shuō)明，權(quán)利要求，附圖，以及摘要合并在一起的全套參考。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參照附圖結(jié)合實(shí)施例全部進(jìn)行了描述，但是應(yīng)該注意，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，還可以作出各種各樣顯而易見的變化和修改。這些變化和修改是包括在本權(quán)利要求所確定的本發(fā)明范圍之內(nèi)的，除非這些變化和修改超出權(quán)利要求的范圍。
權(quán)利要求
1．一個(gè)電子元件安裝裝置，其特征在于，其中包括一個(gè)用來(lái)輸送要安裝的電子元件(2)到一個(gè)底板上的元件輸送部分(4)；一個(gè)用來(lái)吸取電子元件的吸頭部分(7)；一個(gè)用來(lái)移動(dòng)吸頭部分的吸頭部分移動(dòng)器件(5,6)；一個(gè)三維圖像攝取器件(8)，提供在吸頭部分移動(dòng)范圍下面的位置，用來(lái)通過(guò)一激光光束對(duì)元件進(jìn)行線掃描，從每條線獲得元件的高度數(shù)據(jù)；一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)從三維圖像攝取器件獲取的高度數(shù)據(jù)如三維圖像數(shù)據(jù)的圖像存儲(chǔ)器(35)；和一個(gè)用來(lái)執(zhí)行對(duì)電子元件的三維圖像數(shù)據(jù)圖像處理的控制部分(21)。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子元件安裝裝置，其特征在于，控制部分這樣設(shè)置以便由激光光束在相對(duì)電子元件于上述三維圖像攝取器件移動(dòng)方向的垂直方向上掃描獲得的三維圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到圖像存儲(chǔ)器，同時(shí)把用來(lái)移動(dòng)電子元件的移動(dòng)器件的工作速度設(shè)置為常量。
3．一個(gè)電子元件安裝裝置，其特征在于，其中包括一個(gè)用來(lái)移動(dòng)要安裝的電子元件(2)到一個(gè)底板上的移動(dòng)器件(5,6)；一個(gè)安置在移動(dòng)器件下面位置的多棱鏡(8)；一個(gè)為多棱鏡發(fā)射激光光束的半導(dǎo)體激光器(10)；一個(gè)安置在多棱鏡周圍位置的位置傳感器(17a,17b)；和一個(gè)用來(lái)在激光光束已經(jīng)投射到電子元件的下表面的位置傳感器上形成圖像的圖像形成透鏡(16a,16b)，其中半導(dǎo)體激光器這樣安置以便其激光光束將投射到旋轉(zhuǎn)多棱鏡，再反射，并且透過(guò)上述多棱鏡投射到電子元件的下表面，以及其中根據(jù)由移動(dòng)器件使電子元件通過(guò)上述多棱鏡的工作和通過(guò)多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)工作觸發(fā)激光器掃描，由計(jì)算位置傳感器的輸出數(shù)據(jù)獲得的元件三維圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到圖像存儲(chǔ)器，因此，通過(guò)該三維圖像，電子元件的定位和形態(tài)檢查可以同時(shí)執(zhí)行。
4．根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子元件安裝裝置，其特征在于，其中還包括一個(gè)用來(lái)從移動(dòng)器件的一個(gè)參考位置計(jì)算移動(dòng)器件的移動(dòng)量的移動(dòng)量檢測(cè)電路(26)；一個(gè)用來(lái)基于多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)量信號(hào)的接收從多棱鏡的一個(gè)參考位置計(jì)算多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)量的轉(zhuǎn)動(dòng)量檢測(cè)電路(28)；和一個(gè)用來(lái)彼此比較移動(dòng)器件的移動(dòng)量和多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)量的第一比較電路(30)，其中當(dāng)從第一比較電路獲得的移動(dòng)器件的移動(dòng)量和多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)量的差作為一個(gè)比較結(jié)果落在允許的范圍內(nèi)時(shí)，在圖像存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)處理，而當(dāng)該差沒(méi)有落在允許的范圍內(nèi)時(shí)，在圖像存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)作為無(wú)效數(shù)據(jù)處理。
5．根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電子元件安裝裝置，其特征在于，其中還包括一個(gè)用來(lái)計(jì)算每次移動(dòng)器件移動(dòng)速度的移動(dòng)速度檢測(cè)電路(27)；一個(gè)用來(lái)基于多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)量信號(hào)的接收，計(jì)算每次多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的轉(zhuǎn)動(dòng)速度檢測(cè)電路(29)；一個(gè)用來(lái)比較移動(dòng)器件的移動(dòng)速度和多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的第二比較電路(31)，其中當(dāng)從第二比較電路獲得的移動(dòng)器件的移動(dòng)速度和多棱鏡的轉(zhuǎn)動(dòng)速度的差作為一個(gè)比較結(jié)果落在允許的范圍內(nèi)時(shí)，在圖像存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)作為有效數(shù)據(jù)處理，而當(dāng)差沒(méi)有落在允許的范圍內(nèi)時(shí)，在圖像存儲(chǔ)器中的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)作為無(wú)效數(shù)據(jù)處理。
6．根據(jù)權(quán)利要求3至5中的任何一個(gè)所述的電子元件安裝裝置，其特征在于，其中還包括一個(gè)用來(lái)變換三維圖像獲取的基本時(shí)鐘速率的時(shí)鐘速率變換裝置，其中當(dāng)對(duì)于三維圖像需要高分辨率時(shí)，基本時(shí)鐘速率通過(guò)時(shí)鐘速率變換裝置設(shè)置較快，同時(shí)移動(dòng)器件的移動(dòng)速度設(shè)置慢一些，而當(dāng)為獲取三維圖像需要高速時(shí)，基本時(shí)鐘速率通過(guò)時(shí)鐘速率變換裝置設(shè)置較慢，同時(shí)移動(dòng)器件的移動(dòng)速度設(shè)置快一些。
7．根據(jù)權(quán)利要求3至6中的任何一個(gè)所述的電子元件安裝裝置，其特征在于，其中還包括一個(gè)用來(lái)在元件定位于圖像數(shù)據(jù)獲取起始位置后的時(shí)間直到元件定位于線掃描的有效激光光束起始位置期間計(jì)算元件移動(dòng)距離的器件(300)，其中考慮到由計(jì)算裝置計(jì)算的距離，利用三維圖像實(shí)現(xiàn)的元件定位。
全文摘要
電子元件安裝裝置包括:一個(gè)用來(lái)輸送一個(gè)要安裝的電子元件(2)的輸送盤部分(4);一個(gè)用來(lái)移動(dòng)一個(gè)要安裝的電子元件(2)的X－軸機(jī)器手臂(5)和Y－軸機(jī)器手臂部分(6);一個(gè)用來(lái)吸取和移動(dòng)電子元件的吸頭部分(7);一個(gè)3D傳感器(8);和一個(gè)用來(lái)存儲(chǔ)高度數(shù)據(jù)作為三維圖象數(shù)據(jù)的圖像存儲(chǔ)器,因此能夠在一次處理中同時(shí)地完成電子元件(2)的定位和三維形態(tài)檢查。
文檔編號(hào)H05K13/04GK1216674SQ9719404
公開日1999年5月12日 申請(qǐng)日期1997年4月22日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月23日
發(fā)明者蜂谷榮一 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社