专利名称：电子元件安装装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于将电子元件安装在基板上的方法和实施该方法的装置，具体地说，涉及设有廉价结构的识别装置的电子元件安装装置，其中所述识别装置能够在移动时识别各种尺寸的电子元件。
背景技术：
已知的传统电子元件安装装置被构成为由驱动器驱动移动的安装头在给料站上抓住电子元件，在将它移到安装站进行精确定位电子元件和将其安装在基板上之前，暂停在识别站的特定位置上，通过识别摄像机(camera)监视电子元件。
然而，在这种结构中，安装头必须每次都停在识别站的特定位置上，以便识别电子元件，从而增加了安装步骤(tact)和限制了生产率的提高。
为了克服上述缺点，经改进的电子元件安装装置采用具有一维CCD阵列的行摄像机(1ine camera)，作为识别摄像机，利用它可拾取用移动的安装头抓住的电子元件的图像，以识别它们的被抓的位置。
已知另一个改进的装置，它采用拍摄正在移动的安装头抓住的电子元件的两维图像的快门摄像机(shutter camera)来监视它的位置。
与其它类型的摄像机相比，具有一维CCD阵列的行摄像机具有高分辨率的优点，而且适于拍摄图像和高精确度地识别大尺寸的元件。当用行摄像机拍摄图像，为了保持图像的长宽比率，必需沿着与CCD的排列的长度方向垂直的方向移动正在拍摄其图像的物体达到等同于在扫描一行的期间内分配给每个象素的物体长度的距离。需要越高的分辨率，就减小在转移一行期间内移动物体的距离越短。此外，由于从CCD转移带有成千象素的图像数据要花费很长时间，所以不能增加在行摄像机上的电子元件的移动速度。
理论上说，由于利用它们的快门功能在短时间内发射具有高亮度的光，所以快门摄像机可具有更好的快速拍摄图像的能力。然而，由于可用于快速拍摄图像的普通两维CCD阵列包括大约500×500象素，而且视野受扩展范围限制，所以限制作为被监视物体的电子元件的尺寸，以将分辨能力保持在一定水平之上。
现有高速行摄像机或具有高分辨能力摄像机，它们具有2000×2000象素的传感器，而且能够在60MHz下进行扫描，但是它们的价位太高，因此它们不能用于诸如电子元件安装装置的领域。
由于上述原因，本发明的目的在于提供一种电子元件安装方法，和用于执行该方法的具有廉价结构的装置，利用它可以精确地识别正在移动的各种尺寸的电子元件，以将它们精确地安装在基板上。
发明概述根据本发明的一个方面，一种电子元件安装装置，包括安装头，用于将电子元件抓住和移动在安装位置上和将它安装在基板上，还包括安排在所述安装头的移动路径之下的识别装置，用于识别被抓住在所述安装头上的所述电子元件，其中，所述识别装置包括具有一维CCD阵列的行摄像机、具有快门功能的快门摄像机和选择装置，在所述安装头移动电子元件的同时，所述选择装置根据所述电子元件的尺寸或形状选择所述行摄像机或所述快门摄像机从而在通过拍摄其图像获得的图像数据进行安装之前可以识别所述电子元件。同时由于由行摄像机或快门摄像机根据电子元件的尺寸或形状选择图像拍摄，所以可以通过具有所需等级的分辨能力的图像在高移动速度下精确地识别大尺寸和小尺寸的电子元件。从而，可以有效和精确地安装各种尺寸的电子元件。
此外，通过光路径划分装置将由安装头抓住的和移动的电子元件的图像同时投射在聚焦于安装头上抓住的电子元件的移动路径上的相同位置上的行摄像机和快门摄像机，可以识别电子元件，同时沿着相同的移动路径移动，而与它们的尺寸或形状无关。
较佳的是，由主要包括一组LED作为光源的照明装置照明所述电子元件，而且根据所述电子元件的尺寸或所述摄像机的所选类型控制从所述LED照明的持续时间和强度。当由快门摄像机拍摄图像时，可在短时间内通过高强度光进行照明，而当由行摄像机拍摄图像时，可在较长时间内通过较低强度光进行照明，从而可以适当地获得图像数据。
此外，通过利用许多互相并联的半导体开关元件的开关功能，控制加在LED上的电流量，通过在短时间内导通所有半导体开关元件以使大量电流流到LED可以获得由高强度光照明。
较佳的是，将所述LED排列成两组，一组将光线形地直接照射在所述行摄像机的所述聚焦点，而另一组将光直接照射在所述快门摄像机的所述聚焦点处的视野，而且所述控制装置有选择地激活所述两组LED。从而，有效地获得通过足够强度光的照明。
此外，通过设置反射板以定位于被抓住在所述安装头上的所述电子元件之上，和设置用于当拍摄它的图像时从后面照明所述电子元件的照明装置，它包括安排将光发射到所述反射板的卤素灯，可以在电子元件移动时拍摄它的透射图像。
较佳的是，由照明装置照明所述电子元件，其中所述照明装置包括作为用于直接照明所述电子元件的光源的一组LED和用于将光发射到设置在所述电子元件之上的反射板的卤素灯，而且由半导体开关元件控制所述LED的照明，同时由设置在穿过所述卤素灯的所述光路径的机械快门装置控制所述卤素灯的照明。可以更快速地响应即时获得在通过由反射光照明拍摄图像和通过由透射光照明拍摄图像之间切换。
图1是示出根据本发明的一个实施例的电子元件安装装置的整个结构的透视图；图2A是纵向剖面侧视图，而图2B是纵向剖面正视图，它们都示出该实施例的识别装置的详细结构；图3是在该实施例中识别装置的控制电路的方框图；图4是示出在该实施例中LED的照明控制电路的示图；图5是典型地示出在该实施例中用行摄像机拍摄图像的透视图；图6是在该实施例中行摄像机拍摄图像的时序图；图7是典型地示出在该实施例中用快门摄像机拍摄图像的透视图；和图8是在该实施例中快门摄像机拍摄图像的时序图。
执行本发明的最佳模式下面，参照图1至图8，详细描述根据本发明的电子元件安装装置的较佳实施例。如在示出本实施例的电子元件安装装置的全部结构的图1的示意透视图中所示，标号1、2和3分别表示安装装置主体、电子元件和存储电子元件2的托盘(tray)。该装置还包括将托盘3自动传递到预定位置的部件馈送器(feeder)的托盘送料器4、用于通过从托盘3吸取(suction)电子元件并将它们安装在基板9上来拾取的安装头7、用于沿着X轴方向移动安装头7的X轴移动装置5和用于沿着Y方向移动安装头7的两个Y轴移动装置6a和6b。X轴和Y轴是在水平平面上，并互相直角交叉。提供识别装置8以当被抓住在安装头7上的电子元件2沿着X轴在识别装置8上面移动时，识别它们的位置和形状。从而，检测相对于被抓住在安装头7上的电子元件2的中心位置的位移量，而且根据检测结果，校正在安装电子元件2上安装头7的位置，从而在基板9的规定位置上精确地安装元件2。
如图2所示构成识别装置8，其中将行摄像机11和快门摄像机12设置在矩形平行六面体箱10的下部，如平面图所示，该箱10在Y轴方向更长一些。行摄像机11包括沿着箱10内的Y轴方向扩展的CCD的一维阵列。在X轴方向上，将具有快门功能的快门摄像机12设置于行摄像机11的一侧。将照明室13设置在由隔离物10a限定的箱10的上部。在沿着Y轴方向扩展的隔离物10a中形成椭圆形槽14，以允许将沿着X轴方向移动的安装头7抓住的电子元件的图像投射在行摄像机11和快门摄像机12上。用透明玻璃板15覆盖箱10的上侧。
将聚焦透镜系统16设置在行摄像机11上面，以将Y轴方向的线性图像聚焦在行摄像机11的一维CCD阵列上。将半反射镜(half mirror)17安装在隔离物10a的槽14的下侧，从而以相对于聚焦透镜系统16的垂直光轴倾斜45°。与该半反射镜17相对并在快门摄像机12上面的是以45°度倾斜的镜面18。把聚焦透镜系统19安装在镜面18之下，从而将在相对较小视野范围内，例如，8×8mm的电子元件2的图像，聚焦在聚焦透镜系统19的光轴上、在快门摄像机12的两维CCD阵列上。可采用束的分离设备，来代替半反射镜17。
将多个LED20安装在照明室13中，用于当拍摄图像时从不同方向照明电子元件2。校直LED20，从而不干扰投射在行摄像机11的电子元件2的线性图像以及以相对较小视野范围内投射在快门摄像机12上的电子元件2的图像。排列一组LED20，从而把它们的光束线形地聚焦在行摄像机11的聚焦点上，而且排列另一组LCD以将它们的光束聚焦在快门摄像机12的聚焦点的视野上。
将反射器21设置在安装头7的吸取管口7a之上以从上面照明电子元件2，从而由透射光拍摄电子元件2的图像。把一对光投影器(projector)22沿着Y轴方向安装在箱体10的外侧以把光束发送到反射器21。如图2和3所示，每个投影器22都包括通过机械快门24与卤素灯23相连的光纤25、安装在光纤25的末梢端的投影器透镜26和用于把垂直向上投射的光反射到反射器21上的反射镜27。
现在参照图3，解释用于识别装置8的控制电路。用于安装头7的X轴移动装置5包括用于检测安装头7的移动量的编码器28和用于检测安装头7到达用识别装置8开始识别的位置的位置检测传感器29。此外，把摄像机选择/同步信号发生器30和LED控制器31安装在识别装置8的箱体10中，其中所述摄像机选择/同步信号发生器30用于选择行摄像机11或快门摄像机12并生成同步信号，而且输出来自所选摄像机的图像信号。标号32表示用于识别装置的控制器，它包括用于接收来自编码器28和位置检测传感器29的检测信号的编码器I/F33、用于转换由摄像机选择/同步信号发生器30提供的来自摄像机11或12的图像信号的A/D变换器34、用于存储经转换的图像信号的图像存储器35、用于读取来自图像存储器35的图像数据并对电子元件2执行识别处理、把识别结果传递到控制电子元件安装装置的整个运作的主控制器并接收来自主控制器的操作命令和关于电子元件2的型号或模型的信息的CPU36、和用于产生各种定时信号以根据来自编码器I/F 33和CPU36的信号和指令安排A/D变换器34、摄像机选择/同步信号发生器30和LED控制器31以及机械快门24的驱动单元24a的运行的时间。
如图4所示，对串接的多个LED作并联连接，形成LED的一个单元38。在电源40和地之间将LED单元38和与每个LED单元38相连的一组开关元件39加以并联。还把开关元件39连到定时发生器37以接收来自它的发光信号。当由快门摄像机12拍摄电子元件2的图像时，由于瞬间需要高强度的照明，所以短暂地导通所有开关元件39以允许大量电流流动，从而导致LED20在拍摄图像的时刻发射具有高亮度的光。当由行摄像机11拍摄图像，由于在电子元件2通过预定距离期间连续需要照明，所以导通一个或两个开关元件39以在较长时间内点亮LED20。
下面描述识别装置8的运作。首先，参照图3、5和6，描述待安装的电子元件2是大尺寸，它在长度/宽度尺寸例如5×5mm～60×60mm的范围内的情况下，识别装置8的运行情况。
在较大电子元件2的情况下，如图5所示，沿着X轴方向移动由安装头7抓住的电子元件2，而且通过沿着Y轴方向延伸的行摄像机11的线形聚焦点，从而由行摄像机11识别它的全部图像。
在运转中，表示所识别的物体是大尺寸的信号从控制电子元件安装装置的全部运行情况的主控制器传递到控制器32的CPU36。于是，CPU36命令定时发生器37发出定时信号以由行摄像机11识别。在这种情况下，当安装头7到达识别装置8的识别起始位置时，位置检测传感器29输出如图6所示的检测信号。此后，当输出作为用于X轴移动装置5的驱动马达的初始位置信号的Z相位信号时，点亮LED20，而且输出用于行摄像机11的扫描起始信号，从而开始拍摄图像，而且开始捕获电子元件2的第一行的图像。于是，当根据编码器28的移动信号检测到在释放Z相位信号之后进行与一行图像相对应的移动，输出用于扫描第二行的起始信号以捕获图像的第二行。当由下一个起始信号完成图像捕捉的动作并切断LED20时，重复上述一系列动作，直至完成移动能够捕获电子元件的整个图像的距离。
当用行摄像机11进行识别时，需要用低于在由下述的快门摄像机12拍摄的强度的光在图像拍摄动作的整个过程中照亮电子元件2。因此，导通如图4所示的一个或两个开关元件39以向LED20提供标准数量的电流以获得必要的光量。
假设要监视的电子元件2的最大尺寸是60×60mm，而且沿着Y轴方向扩展的行摄像机的一维阵列CCD的象素数量是1500，获得在Y轴方向的40μm/象素的分辨能力。根据这个分辨能力，每次移动物体达40μm的距离就捕获一行图像，从而沿着X轴方向的分辨能力与沿着Y轴方向的相对应。在安装头7以400mm/sec移动的情况下，用于捕获一行图像的持续时间小于0.1msec。
接着，参照图3、7和8描述在安装的电子元件是小尺寸，它在长度/宽度例如1.0×0.5mm～5.0×5.0mm的范围内的另一种情况下，识别装置8的运作情况。在电子元件2是小尺寸的情况下，当电子元件2位于在快门摄像机12焦点视野范围内时，照亮它并如图7所示将它全部拍摄下来。
在运转中，将表示被识别物体是小尺寸的信号输入到CPU36。于是，CPU36命令定时发生器37发出定时信号以由快门摄像机12识别。在这种情况下，当安装头7到达识别装置8的识别起始位置时，位置检测传感器29产生如图8所示的检测信号。之后，当输出Z相位信号，即，用于X轴移动装置5的驱动马达的初始位置信号时，与紧跟着Z相位信号的水平同步控制信号同步输出用于对摄像机进行垂直同步控制的V复位信号，而且在瞬间点亮LED20。同时，打开快门以曝光快门摄像机12的两维CCD阵列。
在一个垂直消隐期间(或长度)，与水平同步控制信号同步捕获两维CCD阵列的图像的一个帧。
对于用快门摄像机12识别而言，用高强度光照亮电子元件2是关键。由来自如图4所示的所有开关元件39的大量电流供给的LED20用这种高强度光进行照明。由于照明只持续极少时间，所以LED20几乎不受大电流的破坏。
假设快门摄像机12的视野是8×8mm，而且快门摄像机12的两维CCD阵列的象素数量是512×512，获得16μm/象素的分辨能力。假设当由以200mm/sec的速度移动的安装头7识别时曝光时间是60μs，在曝光期间电子元件2移动的距离是12μm。正如这是在上述分辨能力的程度范围内，可以精确地执行图像识别。通过将曝光时间设为30μs，可以400mm/sec的更高速度移动安装头7。
虽然在以上实施例中已描述，由LED20照明并由反射光识别电子元件2，但是有时从后面或上面照明电子元件2并由透射光识别是较佳的，这依赖于电子元件2的表面上的反射条件。在这种情况下，代替运用LED20，可从光投影器22向反射板21投射光，而反射板21反射光并从上面照亮电子元件2以与上述类似地进行图像识别。通过采用卤素灯23作为光源，可以获得所需强度的光。机械快门24作出更高的反应以控制照明。于是，高响应可以很快地实现在由通过LED20照明的反射光进行的图像拍摄和由通过卤素灯23照明的透射光进行的图像拍摄之间的切换。因此，即使当将各种不同的电子元件被吸住在多个喷嘴型的安装头7上并在短时间在识别装置上移动时，也能够精确地实现图像识别。
如上所述，根据本发明的实施例，依赖于拍摄电子元件2的图像的电子元件2的形状或尺寸，在由X轴移动装置5移动以在将它安装在基板之前识别电子元件2的期间，有选择地操作行摄像机11和快门摄像机12。可用高分辨率的图像来精确地识别大尺寸和小尺寸的电子元件2，同时以高速移动；于是，可以有效和精确地将任何尺寸的电子元件安装在基板上。此外，通过半透明反射镜17将电子元件2的图像投射到行摄像机11和快门摄像机12，它们都聚焦在由安装头7抓住的电子元件的移动路径的相同位置上。因此，当在电子元件2沿着相同的移动路径移动，可以识别电子元件2，而与它的尺寸或形状无关。此外，可以选择是用反射光还是透射光来经识别，而且即时进行这种切换动作。
工业应用性如上所述，根据本发明，在由安装头以高速移动电子元件期间，可以高分辨能力地精确识别电子元件。因此，本发明可有利地被用于根据电子元件的图像数据，将电子元件正确地安装在基板上的电子元件安装装置。
权利要求
1.一种电子元件安装装置，其特征在于，包括安装头(7)，用于将电子元件(2)抓住和移动到安装位置上和将它安装在基板(9)上，还包括安排在所述安装头(7)的移动路径之下的识别装置(8)，用于识别被抓住在所述安装头(7)上的所述电子元件(2)，所述识别装置(8)包括具有一维CCD阵列的行摄像机(11)、具有快门功能的快门摄像机(12)和选择装置(30)，在所述安装头(7)移动电子元件的同时，所述选择装置根据所述电子元件(2)的尺寸或形状选择所述行摄像机(11)或所述快门摄像机(12)从而在通过拍摄其图像获得的图像数据进行安装之前可以识别所述电子元件(2)。
2.如权利要求1所述的电子元件安装装置，其特征在于，通过光路径划分装置(17)，将由所述安装头(7)抓住和移动的所述电子元件(2)的所述图像同时投射在所述行摄像机(11)和所述快门摄像机(12)，它们都聚焦于被抓住在所述安装头(7)上的所述电子元件(2)的所述移动路径的相同位置上。
3.如权利要求1所述的电子元件安装装置，其特征在于，由主要包括一组LED(20)作为光源的照明装置照明所述电子元件(2)，而且根据所述电子元件(2)的尺寸或所述摄像机(11、12)的所选类型控制从所述LED(20)照明的持续时间和强度。
4.如权利要求3所述的电子元件安装装置，其特征在于，利用许多互相并联的半导体开关装置(39)的开关功能，控制适于所述LED(20)的电流量。
5.如权利要求3所述的电子元件安装装置，其特征在于，将所述LED(20)排列成两组，一组将光线形地直接照射在所述行摄像机(11)的所述聚焦点，而另一组将光直接照射在所述快门摄像机(12)的所述聚焦点处的视野，而且所述控制装置(37)有选择地激活所述两组LED(20)。
6.如权利要求1所述的电子元件安装装置，其特征在于，设有反射板(21)以定位于被抓住在所述安装头(7)上的所述电子元件(2)之上，和设有用于当拍摄它的图像时从后面照明所述电子元件(2)的照明装置(22)，它包括安排作为将光发射到所述反射板(21)的光源的卤素灯(23)。
7.如权利要求1所述的电子元件安装装置，其特征在于，由照明装置(22)照明所述电子元件(2)，其中所述照明装置(22)包括作为直接照明所述电子元件(2)的光源的一组LED(2)和将光发射到设置在所述电子元件(2)之上的反射板(21)的卤素灯(23)，而且由半导体开关元件(39)控制所述LED(20)的照明，同时由设置在所述卤素灯(23)的所述光路径上的机械快门装置(24)控制所述卤素灯(23)的照明。
8.一种安装电子元件的方法，其中在安装到基板(9)之前，由布置在所述安装头(7)的移动路径上朝着安装位置方向的识别装置(8)，通过拍摄电子元件(2)的图像获得的图像数据识别被安装头(7)抓住的所述电子元件(2)，其特征在于，所述识别装置(8)包括具有一维CCD阵列的行摄像机(11)和具有快门功能的快门摄像机(12)，根据拍摄所述电子元件(2)的所述图像的所述电子元件(2)的尺寸选择其中之一。
9.如权利要求8所述的安装电子元件的方法，其特征在于，由主要包括作为光源的一组LED(20)的照明装置照明所述电子元件(2)，而且根据所述摄像机(11、12)的所述所选类型控制从所述LED(20)照明的所述持续时间和强度。
全文摘要
所述识别装置(8)包括具有一维CCD阵列的行摄像机(11)、具有快门功能的快门摄像机(12)和选择装置(30),其中所述选择装置用于根据所述电子元件(2)的尺寸或形状选择所述行摄像机(11)或所述快门摄像机(12)。从而在所述安装头(7)移动时通过拍摄电子元件图像获得的图像数据可以识别所述电子元件(2)以进行精确安装。
文档编号H05K13/08GK1250589SQ98803262
公开日2000年4月12日 申请日期1998年3月11日 优先权日1997年3月12日
发明者蜂谷荣一, 纳士章, 田边敦 申请人:松下电器产业株式会社