JP4358991B2

JP4358991B2 - 強化されたセンサ

Info

Publication number: JP4358991B2
Application number: JP2000564153A
Authority: JP
Inventors: サイエフ，ナミル，エヌ．
Original assignee: サイバーオプティクスコーポレーション
Priority date: 1998-08-04
Filing date: 1999-08-03
Publication date: 2009-11-04
Anticipated expiration: 2019-08-03
Also published as: WO2000008588A2; KR20010030909A; JP2003523613A; KR100635954B1; WO2000008588A3; US6195165B1

Description

【０００１】
著作権の留保
本発明書類の開示の一部は、著作権保護を受ける素材を含んでいる。著作権者は、特許・商標局の特許ファイルまたは記録に掲載される特許あるいは特許開示を誰が複写しても異議はないが、それ以外の場合は、いかなることであっても全著作権を留保する。
【０００２】
発明の分野
本発明は、電子部品などの対象物の位置あるいは方位（向き）を決定するための光学的センサシステムに関するものであり、そのシステムは、電子部品上の「リードトィーズ」（lead tweeze）、対象物上の特定のフィーチャー（特徴：feature）の高さ、対象物上の特徴間の距離、あるいは対象物の予測される特徴の有無などの対象物の物理的状態を報知するシステムを含む。
【０００３】
発明の背景
一般的な背景
電子部品などの対象物に関する様々な変数（パラメータ）を確認するための多数の光学的方法がある。報告される可能性のある様々な変数は、部品の角度的な方位、部品上の特徴の位置（例えば、捕捉位置のずれ）、カッドフラットパック（Quad Flat Pack：ＱＦＰ）部品における曲がったリード線（リードトィーズ）などの部品の品質表示、あるいはボールグリッドアレイ（Ball Grid Array：ＢＧＡ）部品の球の高さなどの部品の底に位置された特徴の測定を含む。これらの変数を確認するためのシステムは、部品を捕捉（pick up）し、部品の適当な方位および捕捉ずれ（offset）を決定した後に、部品をプリント回路基板上に位置決めする捕捉・位置決め機に一般的に装備される。
【０００４】
これらの方法はすべて、捕捉・位置決め機の中空軸で部品を捕捉し、また測定プロセスにおいて、一般的には捕捉・位置決め機の運動制御システムを利用する。これらの方法のいくつかは、カメラを用いて部品の像を表わすデータを収集し、その他の方法では、部品の輪郭をあらわすデータを収集する。すべての方法は、収集されたデータを分析するある種のプロセッサを有し、そのプロセッサは、部品の辺や部品のリード線の先端などの、部品のいくつかの特定の部分を確認、識別する。
【０００５】
ある対象物について用いられる単語「方位」、およびその形態は、本明細書において、基準に対する対象物の角度的位置を示すために用いられる。ある対象物について用いられる単語「位置」、およびその形態は、本明細書において、公称の（ｘ，ｙ）基準位置に対する対象物の（ｘ，ｙ）位置を示すために用いられる。
【０００６】
現在は、種々の形式の配置手順もまた捕捉・位置決め機に用いられる。一般的には、捕捉・位置決め機は、「オンヘッド」（on-head）か「オフヘッド」（off-head）のどちらかとして特徴付けられることができる。オンヘッドセンサシステム（ホストの捕捉・位置決め機と一緒に考えられる）は、部品が目標の回路基板へ運ばれる間、部品の方位および捕捉位置ずれを感知し、補正する。オンヘッドシステムは、部品を基板上に位置決めする時間を短縮するので好ましく、そのことによって捕捉・位置決め機の処理量（スループット）は増大する。
【０００７】
一方、オフヘッドセンサシステムは、捕捉・位置決め機上の定められた位置でのデータ収集機能を有する。オフヘッドシステムを用いるとき、中空軸は、最初に部品を専用の位置（dedicated station）に移動し、その像を取得した後に、部品を目標の回路基板上へ運んで位置決めしなければならない。オフヘッドシステムは、典型的には、ヘッドの停止回数が増えるか、または移動距離が長くなって機械の処理量が低減するが、それらは廉価で、ヘッド上で運ばれる質量を低減し、一つのセンサが多数の中空軸に対応できるという理由で用いられる。
【０００８】
捕捉・位置決め機の重要な目的は、電子部品をプリント回路基板上に位置決めすることである。部品上のある特定の特徴を正確に見出すために用いられるセンサの様式にかかわらず、捕捉・位置決め機のホストプロセッサは、部品の予定の配置場所を有する。センサ、観察カメラ、あるいはその他の手段からの位置情報は、典型的には、ＲＳ−４２２ポートを介してホストプロセッサへ返送される。センサ出力と所望の部品配置位置に基づいて、ホストプロセッサは、角度補正値（θ）と捕捉位置ずれ（ｘ，ｙ）を含む方位補正値（ｘ，ｙ，θ）を計算する。方位補正信号に基づいて、ホストプロセッサは、捕捉・位置決め機の動作制御システムに補正移動を実行するように指示し、動作制御システムが応答すると、ホストプロセッサは、捕捉・位置決め機が部品を位置決めするように指示する。
【０００９】
図１および図２に、従来技術の投影式センサ２および従来技術の捕捉・位置決め機１２の電子ブロック図および概略の作動原理を示す。センサシステム８は３つの部分、すなわち、（図示されないセンサヘッド上に配置される）センサ２、制御モジュール４、およびセンサ２を制御モジュール４に接続する２線式同軸ケーブル６で構成される。センサ２は捕捉・位置決め機１２のセンサヘッド上に配置されるが、制御モジュール４は、別の電子回路ケース内か、そうでなければ機械１２内に配置される。システム８の動作は捕捉・位置決め機１２のプロセッサ１０によって制御される。プロセッサ１０は、一般的には、機械１２の動作を制御し、典型的には、ＲＳ−２３２やＲＳ−４２２のシリアルコミュニケーションプロトコル内のコミュニケーションバス１４を介して制御モジュール４に命令を出す。
【００１０】
動作制御システム１６は、モータ１６、１８、２０、および２２を介して、それぞれセンサヘッドのｘ、ｙ、ｚ、およびθ方向の移動を制御する。それぞれのモータは付属エンコーダ２４，２６，２８、および３０を個々に有し、それらのエンコーダは、それぞれ捕捉・位置決め機１２のセンサヘッドのｘ、ｙ、ｚ、およびθの位置の変化を表わす信号を出力するように適応される。捕捉・位置決め機１２は、また、典型的には、本発明によって提供される、部品の像を観察するか、またはオプションとして、機械１２の動作の総合結果を調査するための陰極線管（ＣＲＴ）を含む。電源３４は捕捉・位置決め機１２内に配置され、バス１４を通過し、制御モジュール４を通り、さらにセンサ２へ通ずる２線式同軸ケーブル６を介して、センサ２によって要求されるすべての動作電力を供給する。
【００１１】
投影式センサ２の概略動作が、図２に適当に説明されている。部品４０は真空ノズル４２あるいは類似物を介してセンサヘッド（図示されず）に固定される。多数の光線４４は、部品４０の一方側から部品４０を照射し、部品４０の反対側のリニア影像検出器４６が部品４０の影を表わすデータを捕らえる。センサ２は光４４のためのレーザダイオード源４８を具備するように図示されるが、光が可干渉性か否かに関わらず、他のどのような高強度の光源も用いられることもできる。回転式モータ２２のあらかじめ選択されたいくつかの角度位置で、センサ２は、部品４０の影を表わすデータを検出器から収集する。部品の種類に合うように、あらかじめ選択された角度位置が３６０度にわたって等間隔である必要はなく、また部品４０が一定の角速度で回転するように要求されることもない。
【００１２】
制御モジュール４内の電子部品は、あらかじめ選択された角度位置それぞれに対して、検出器上の部品の影像の幅および影像の中心の位置を計算する。長方形の部品が１８０度回転される場合、影像の幅対角度をプロットすると、２つの最小値、すなわち部品の幅に対応する値と部品の長さに対応する値とを生成するであろう。２つの最小幅、それらに対応する角度、および影像の中心が分かると、部品４０上の特徴の位置が（捕捉・位置決め機の内部（ｘ，ｙ）基準に関連して）計算されることができる。特徴の位置と捕捉・位置決め機の内部（ｘ，ｙ）基準が分かると、捕捉ずれ量が計算される。このシステムは、影像の辺からは得られないような情報は供給しないので、ＢＧＡ（ボールグリッドアレイ）やフリップチップ上の球の配置の誤りおよび球の喪失は確認することはできず、ＱＦＰ（カッドフラットパック）やＴＳＯＰなどのリード線のある部品のリード線の位置の誤りを確認することもできない。
【００１３】
この投影式センサは、サイバーオプティクス社（CyberOptics（登録商標）Corporation）に譲渡されたスカンズ（Skunes）他の米国特許第５，２７８，６３４号に示される。投影式システムの他の用法は、部品が傾けられている間に、部品上を光が照射するのを可能にするので、限定的な輪郭よりもむしろ部品のリード線についての情報を識別することができる。投影手法は捕捉・位置決め機１２にあらかじめ備えられた運動制御システムを十分利用し、その運動制御システムは、ノズル４２の角度位置を報知するための極めて正確な回転式モータ２２およびエンコーダ３０を有する。
【００１４】
電子回路基板、および部品の位置決めのために有効なデータチャネルに個々に結合されたセンサがあるので、異なる型のセンサが装備されるたびに電子回路基板を変えることは面倒である。さらに、捕捉・位置決め機内でセンサと結合された電子回路基板は貴重な基板空間（スペース）を要求し、付加的な通信オーバーヘッドが付加的なセンサ／電子回路基板組合せに関連して発生する。加えて、基板、センサ、および（一般的には、センサ電子回路基板などと同じカードケージには接続されない）ホストプロセッサ間のケーブル組立体によって占められる空間の総量が多大であるので、空間のさらなる有効利用が所望されている。つまり、過度な不稼動期間なしに捕捉・位置決め機に装備される得る多種のセンサであって、捕捉・位置決め機内の計算および通信の機能をより有効に供給し、占有空間の総量を低減する、新しい互換性のあるセンサが必要とされている。
【００１５】
発明の概要
本発明の最も基本的な形式において、単一ハウジングセンサは、そのハウジング内に光源からの光を受ける検出器を有する。検出器は、捕捉・位置決め機のノズル上に装備されて、部品の輪郭を表わす出力を供給する。センサはまた、そのハウジング内に、捕捉・位置決め機内のモータエンコーダに接続された受信回路を有し、そのエンコーダはノズルの回転位置を表わす出力をセンサに供給する。センサ内の計算回路は、ノズルの多数の回転位置で、エンコーダからの出力と検出器からの出力との関数として、部品の輪郭の幅を計算し、その回路は、補正信号と呼ばれることがある、部品の幅が最小となる位置でのエンコーダからの出力値を提供する。センサ内の回路の好ましい実施例では、捕捉・位置決め機に補正信号を順次に送信するために、ユニバーサル非同期受信トランシーバ（ＵＡＲＴ）が用いられる。
【００１６】
本発明のセンサは、捕捉・位置決め機に、オンヘッドまたはオフヘッドで用いられることが好ましい。本発明は、検出器からの検出可能信号を供給するために十分な強度の、可干渉性の光および非干渉性の光を含む、あらゆる種類の光源と共に用いられることができる。多ノズルセンサの場合のように、付加的部品のためにハウジングが広げられる時には、センサ内の一つのノズルに一つのチャネルが対応するように、ノズルの数分のチャネルが装備可能である。本発明は、本明細書に開示される特定のセンサ、制御回路、および捕捉・位置決め機に限定されない。例えば、本発明は、検出器と一体化されたスマート（smart）カメラおよび同じ物理的パッケージ内の影像処理回路を介して部品の位置を検出するオフヘッドセンサと共に用いられることができる。
【００１７】
図面の簡単な説明
図１は、センサヘッド、制御モジュール、および捕捉・位置決め機の従来技術のブロック図である。
図２は、レーザ・アライン（LaserAlign：登録商標）センサの動作方法の概略図であり、光線の中で回転する部品と検出器上に見られる当該部品の影を示す。
図３は、本発明のセンサ、捕捉・位置決め機、および部品の間に形成された制御ループのブロック図である。
図４は、本発明の捕捉・位置決め機の概略図である。
図５は、本発明のセンサ内の電子回路の詳細なブロック図である。
図６Ａ−Ｄは、本発明の４チャネルセンサの様々な機械的および電気的形態を示す図であり、図６Ａはセンサの機械的配置の概略図、図６Ｂは前記センサの側断面図、図６Ｃは４チャネルの内の一つのセンサの概略動作を示す図、図６Ｄはセンサの分解図である。
なお、便宜上、図面内の同一符号の要素は、同じ要素であるか、または同一あるいは類似の機能を有する。
【００１８】
好ましい実施例の詳細な説明
図３は、本発明の好ましい実施例の図であり、投影式センサ１００が、ケーブル１０４および電源ケーブル１０６を介して捕捉・位置決め機１０２に接続される。ケーブル１０４は、捕捉・位置決め機１０２内の動作制御システム１０８からの通信信号およびモータエンコーダ信号を伝達し、一方ノズル２０２上の部品２００の角度方位および（ｘ，ｙ）位置を表わす、センサ１００からの信号を反対方向に伝送する。捕捉・位置決め機１０２は、電源１１０、オペレータインタフェース１２０、プロセッサ１２２、および動作制御システム１０８を含む。中央バス１２４は、オペレータインタフェース１２０と動作制御システム１０８、プロセッサ１２２、および外部センサヘッド５０とを接続する。電源１１０はケーブル１０６を介してセンサ１００に給電する。
【００１９】
動作制御システム１０８は、捕捉・位置決め機１０２のヘッド５０をｘ、ｙ、ｚ、およびθ方向に動かす一組のモータ１２６，１２８，１３０、および１３２を有し、適当な方向でヘッド５０の位置を表わす出力を供給するために各モータに接続された一組のエンコーダ１３４、１３６、１３８、および１４０をそれぞれ有する。センサ１００ためのデータ収集プロセスの役割として、動作制御システム１０８は、光源５２が励起されている間、ノズル２０２を角度的に回転するように、センサヘッド５０に命令を送り、そのことによって、部品２００の輪郭の影を検出器５４に投影する。
【００２０】
光源５２は、検出器５４上に適当な検出可能な影を生じさせるのに充分な強度を有するならば、いかなる形式の光源であってもよいが、光が充分に可干渉性であるように作動されるレーザダイオードであることが好ましい。センサ１００は、データ収集命令、あるいは投影像の幅およびノズル２０２の関連角度位置についてのデータを報告するという特定の命令などの動作命令を、バス１０４を介して機械１０２から受信するという点で、スレーブ式（slave-like）デバイスである。センサ１００、捕捉・位置決め機１０２、および部品２００の間に、閉塞された制御ループが形成される。
【００２１】
図４は、捕捉・位置決め機１０２内のセンサ１００を示す。センサヘッド５０は、部品２００を捕捉するための真空ノズル２０２を含む。センサ１００は、部品２００上に光を照射し、同じハウジング内で部品２００を検出することができる構成として図示されるが、本発明が、図示されたとおりのセンサ１００の構成に限定されないことは理解されるであろう。例えば、検出器用電子部品に関して、他の構成の光源が使用できるが、これも本発明の範囲内に含まれることが理解されるべきである。コンベアシステム（図示されず）は、機械１０２の内外へ、プリント回路（ＰＣ）基板（図示されず）を運搬する。センサヘッド５０は、３方向（ｘ，ｙ，ｚ）に直線的に移動可能であり、動作制御システム１０８を介して部品２００を角度的に回転させることができる。
【００２２】
捕捉・位置決め機１０２内で、それぞれのモータは、シュレッデッドシャフト（shredded shaft）を回すことによって、他のモータから独立して回転する。そのシュレッデッドシャフトは、適当なガントリ（gantry）やスライド（slide）、例えば、基準指示器５６、５８としてそれぞれ示される（ｘ，ｙ）ガントリやスライドに沿って、ヘッド５０を移動させる。図２に示される種類の捕捉・位置決め機は、典型的にはリードスクリュー（lead screw）捕捉・位置決め機と呼ばれるが、リードスクリューではなく、バルブあるいはリニアモータを有する他の種類の捕捉・位置決め機が本発明の方法および装置に利用可能である。
【００２３】
図５は、センサ１００の詳細な電子的構成のブロック図である。センサ１００内の主電子回路基板は、いくつかのコネクタを有するが、他の実施例が、様々な方法で電子回路内に機能的に結合できることは理解されるべきである。電源コネクタ２０４は結線１０６を介して電源１１０に接続されることを意図されている。電圧変換回路２１４は、＋１８ボルト（Ｖ）の供給電力から＋５Ｖと＋１２Ｖの２つの供給電圧に変換する方式で、電子回路基板１０１上のすべての回路に適当な電力を供給する。
【００２４】
ＣＣＤコネクタ２０６は、センサ１００内のＣＣＤ検出器５４に接続されることを意図されている。検出器５４は２つの出力を供給する種類なので、ＣＣＤ検出器からのより高速な影像読み出しを提供するために、２チャンネルのアナログ処理回路２１６、２１８が図示される。ＦＩＦＯ回路２２０は、２重回路２１６、２１８からの出力を結合し、検出器５４内に収集された影像の強度を表わすデータを、共通データバス２２１を介して、デジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）２３６に送る。
【００２５】
エンコーダコネクタ２０８は、２方向バス１０４に接続され、エンコーダ１４０からのパルス幅符号化された位置情報を受信し、差動受信器２２２を通り、エンコーダカウンタ回路２２６を介して、デジタル信号を供給する。エンコーダカウンタ２２６は、受信されたパルスの数を適切に数える。一組の回路２２２、２２６は、チャネル毎に用いられる。例えば、図６Ａに示される実施例においては、センサ３００内に４つのデータチャネルがあるので、差動受信器とエンコーダの組合わせが４組必要とされる。回転モータ１３２のθ位置を符号化するエンコーダ１４０は、角度とエンコーダからの２つのクロックの位相との関数としての周波数出力を有し、モータ１３２がノズル２０２をどちらの方向に回転させているかを表示する。レーザダイオードコネクタ２１０は電力を受けて、センサ１００内のレーザダイオード５２に独立のレーザダイオード用電源を供給する。
【００２６】
ＲＳ−４２２コネクタ２１２は、結線１０４を介して、ホストプロセッサ１２２から、電源３４用を除く、命令とその関連データとを受信し、センサ１００からのデータがプロセッサ１２２に送信されることを可能にする。その他の、どのような標準化されたプロトコルも結線１０４に装備されることができるが、ほとんどのパラレルプロトコルは特定の製品のために、ある程度の特殊性を要するので、本発明のセンサの互換性を維持するためには、接続はシリアル（直列）であることが好ましい。部品２００の所望の配置位置は、コネクタ２１２を通ってホスト１２２からＤＳＰ２３６へ送られる。
【００２７】
タイミング制御回路ＣＰＬＤ２３２（複雑なプログラム可能論理デバイス）は、ＣＣＤ２０６、アナログ処理装置２１６、２１８、およびＦＩＦＯメモリ２２０の作動のために所望されるクロッキング信号を供給し、またＤＳＰ２３６をエンコーダカウンタ２２６、ＦＩＦＯ２２０、ＵＡＲＴ２３８、およびＥＥＰＲＯＭ２３４などの種々のデバイスに接続するために、デバイス復号化論理および制御信号をも供給する。ＤＳＰ２３６は、センサ１００内のすべてのデータ取得および処理の機能を果たし、影像データおよびその他の暫定情報を蓄積する組込み（ビルトイン）型の装置を含む。ＤＳＰ２３６を作動するのに必要なプログラムは、不揮発性のＥＥＰＲＯＭ２３４に記憶され、ＥＥＰＲＯＭはまた較正用および配列（構造）データも記憶する。
【００２８】
ＤＳＰ２３６が果たすレーザ配列機能の一組が以下の表１に示される。
【００２９】
【表１】
一つの部品の配列（alignment）処理の実行
配列処理の結果の読み取り
配列変数（パラメータ）の取り込み
処理および較正変数の読み取り
未処理の影像データの読み取り
部品の幅対回転角度データの読み取り
センサ診断手順の実行
エンコーダカウンタのプリセット
【００３０】
検出器５４からのデジタル化されたデータは、ＤＳＰによって、その内部メモリに記憶され、ＤＳＰ２３６は、それらの記憶されたデータから、いくつかの標準的基準位置に関する、部品２００の方位θおよびオフセットすなわちずれ（ｘ，ｙ）を計算する。ＤＳＰ２３６は、機械１０２からの所望の位置信号およびＤＳＰ２３６によって計算された方位情報を演算処理し、ｘ、ｙ、およびθの移動補正の総量を表わす補正信号を計算する。前記補正信号は、部品２００を所望の配置点に位置決めする機能を果たす。
【００３１】
一組の受信／送信回路２３８、２４０は、コネクタ２１２との間でデータを送受信する。データは、前述の基準（例えばＲＳ−４２２）にしたがって順次に伝送され、製造会社や形式に関わらず十分に互換可能なセンサを供給し、さらにセンサと捕捉・位置決め機との間の接続数を低減する。
【００３２】
投影式センサシステム１００の好ましい実施例が図６Ａ−Ｄに示される。単一のセンサハウジング３００は、４つの分離したチャネルを含み、各チャネルは、４個の部品の内の一つのｘ、ｙ、θ方位を感知するように適合される。センサハウジング３００は、電子回路基板３０２（図示されず）、およびハウジング３００に通じる開口部３２２を含む。開口部３０４は、少なくとも４つの部品に用いられるように適合され、図６Ａは、ノズル３１４、３１６、３１８、３２０にそれぞれ固定された部品３０６、３０８、３１０、３１２を示す。
【００３３】
一般的には、開口部（スロット）３０４の幅は少なくとも８０ｍｍであり、１７ｍｍの間隔で４つのノズルを収容するので、いずれのノズルも対角線の長さが３５ｍｍの部品を操作することができる。コンデンサ（集光）光学系３２２は、開口部３０４を通して投影される部品の影像をＣＣＤ検出器３２４上に形成し、視界よりも狭い検出器３２４が使用されるのを可能にする。検出器３２４は、典型的には、ＳｏｎｙＩＬＸ５１０ＣＣＤアレイ検出器であり、それは、ピクセルのピッチおよび高さがそれぞれ７ミクロンの、５１５０ピクセルのリニアアレイで構成される。全アレイ３２４の幅は約３６ｍｍである。
【００３４】
レーザダイオード、あるいは非干渉性の光源を含む任意の他の種類の光源が、符号３２６の位置に配置され、平行にされた光を窓状のスロット３２６を通して部品３０６〜３１２上に照射する。光源３２６からの光を遮断して形成される部品の影は、レンズ系３２２を通って検出器３２４上に結像される。断面図６Ｂは、２つの光学系窓３２８、３２９を含むセンサ３００の内部の側断面図であり、それらの窓はハウジング３００内へ埃の粒子などが侵入するのを防止する。
【００３５】
図５に示される電子回路は、エンコーダコネクタ２０８が、図６Ａの４つのノズル３１４〜３２０を駆動するモータから４チャネルの回転エンコーダ出力を受信することを除いて、センサ３００にも適用される（４つのチャネルはそれぞれ４つの部品３０６〜３１２の内の一つに対応する）。ＤＳＰ２３６は、表１に示される基本的な命令の組を含む、影像取得、データ処理、捕捉・位置決めホスト機との通信、およびセンサ３００の制御を実行する。センサ３００から報告される３つの有効な変数は、捕捉・位置決め機のｘあるいはｙ軸の部品の長辺の配列に対応する回転角度θ、あらかじめ選択されたθ値での、部品の投影影像の中心位置、およびあらかじめ選択されたθ値での部品の投影影像の幅である。
【００３６】
特に、中心の測定値は、部品の実際の中心点からの捕捉点（部品がノズルに固定される時のノズルの中心点）のずれ量を決定する際に機械１０２で利用すると有効である。また特に、検出器３２４上の影像が点ｘ_２とｘ_１との間にあるならば、その中心点は、次式で求められる２点の平均値である。
【００３７】
ｃ＝｛（ｘ_２＋ｘ_１）−ｘ_０｝÷２
ここで、ｘ_０は、動作の最初にセンサの設置処理から得られる定数であり、ｘ_２およびｘ_１は、検出器３２４上の部品の実際の影像から得られる値である。同様に、部品の幅は点ｘ_２とｘ_１との差に等しく、これが捕捉・位置決め機に一旦報告されると、位置決めされようとしている部品の部分の型式、測定されている部分が正しい部分であるか、あるいは正しい部分が誤った辺で誤って捕捉されているかを確認するのに有効である。
【００３８】
図６Ｃは、部品３１０が回転させられいている間の、検出器３２４上への投影影像の幅のグラフである。影像幅のデータの点３３０〜３３８は、互いに異なる角度θで収集され、その結果はオペレータインタフェース１２０を介してこのようなグラフに表わされることができる。図６Ｃのグラフの最初の最小値は、部品３１０の最小の寸法、ｗ_１（幅）に対応し、２番目の最小値は、同じ部品の最大の寸法、ｗ_２（長さ）に対応する。
【００３９】
ＤＳＰは、所望に応じて、部品がある時とない時の、検出器上でのピクセルの強度の差をとって、レーザの筋（stripe）の質を表わす信号を計算し、機械１０２に送ることもでき、そのことによって、検出器の窓３２８、３２９上に埃やその他の遮光物体が存在することを示すことができる。その情報は、センサ投影システム３００の適当な管理計画に役立つ。図６Ｄは、センサ３００の分解図であり、４つの部品を収納するのに充分な長さのスロット３２２を示す。センサ３００内の光学的部品は、図６Ｄでは、スロット３２２の右側に配置され、電子部品および検出器は、スロット３２２の左側に配置される。
【００４０】
本発明において、ＤＳＰが果たす付加的な機能は、機械１０２からの所望の配置信号とＤＳＰ２３６によって計算された方位情報との関数として、部品を位置決めするために要求されるｘ、ｙ、およびθの移動補正値の量を表わす補正信号を計算することである。本発明においては、独立型のセンサ３００と捕捉・位置決め機１０２との間の直接通信に撚り線対を用いることが可能である。捕捉・位置決め機１０２とセンサ１００との間の通信プロトコルは、現在も使用可能なレーザ配列センサに用いられているものと類似であり、ＲＳ−２３２あるいはＲＳ−４２２インタフェースを適当に使用することができるので、ある型式のセンサ３００を、機械１０２から電子回路基板を取り外すことなく、他の型式のものに交換することができる。
【００４１】
本発明の４チャネルシステムによって、センサ投影システムの保守と互換性が改善される。本発明の互換可能なセンサによって、捕捉・位置決め機の不必要な保守およびそれに関連する不稼動期間が回避され、複合投影式センサは、製品に関わらず、単にセンサを取換えて、センサからのケーブルを捕捉・位置決め機の外部にあるコネクタに接続するだけで交換（swapped in and out）することができる。
【００４２】
本発明を好ましい実施例によって説明してきたが、本発明の精神や範囲を逸脱することなく詳細や形式上の変更が可能なことは、当業者には理解できるであろう。例えば、センサや捕捉・位置決め機の光学的な部分に対するわずかな変更だけでなく、電子回路の構成に対する非本質的な変更も、本発明の本質を変更することではない。最後に、本発明は、捕捉・位置決め機の分野にのみ用いられるものではなく、投影式センサを利用する、表面輪郭の決定、プリント回路検査システム、ハンダペースト検査システム、一般的な部品位置決めシステム、映像補助レーザトリミングシステム、および最終組立検査システムにも用いられることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】センサヘッド、制御モジュール、および捕捉・位置決め機の従来技術のブロック図である。
【図２】レーザ・アライン（LaserAlign：登録商標）センサの動作方法の概略図であり、光線の中で回転する部品と検出器上に見られる当該部品の影を示す。
【図３】本発明のセンサ、捕捉・位置決め機、および部品の間に形成された制御ループのブロック図である。
【図５】本発明のセンサ内の電子回路の詳細なブロック図である。
【図６Ａ】本発明の４チャネルセンサの機械的配置の概略図である。
【符号の説明】
４０…部品、５０…外部センサヘッド、５２…光源、５４…検出器、１００…投影式センサ、１０２…捕捉・位置決め機、１０４…ケーブル、１０６…電源ケーブル、１０８…動作制御システム、１１０…電源、１２０…オペレータインタフェース、１２２…プロセッサ、１２４…中央バス、２００…部品、２０２…ノズル

Claims

光が部品に照射されている間に、複数の回転位置に部品を回転するように構成されたノズルに、取り外し可能に取りつけられた部品の位置を感知するためのセンサであって、前記ノズルとセンサは捕捉・位置決め機に対して相対的に移動するように構成され、
前記センサが、
センサハウジング、
前記センサハウジング内にあって光を受け、部品の輪郭を表わす出力を提供するように構成された検出器、
前記センサハウジング内にあって、ノズルの回転位置を表わす出力を提供するように構成されたエンコーダに接続された受信回路、および
前記センサハウジング内にあって、エンコーダからの出力と検出器からの出力とを用いて、複数の回転位置での輪郭の幅を計算するように構成され、部品の幅が最小値になる時にエンコーダの出力値を提供するように構成された計算回路を含むセンサ。
前記センサが、さらに光源を含む請求項１のセンサ。
前記光源が実質上可干渉性の光を出力する請求項２のセンサ。
前記光源がダイオードである請求項２のセンサ。
前記光源がレーザダイオードである請求項２のセンサ。
前記光源が実質的に非干渉性の光を出力する請求項２のセンサ。
前記エンコーダがモータエンコーダで構成され、
該モータエンコーダがハウジングの外部に配置された請求項１のセンサ。
前記計算回路がデジタル信号処理回路である請求項１のセンサ。
前記計算回路が、さらにセンサの較正および構成に関する定数を記憶するＥＥＰＲＯＭを含む請求項８のセンサ。
さらに、前記計算回路に接続されたＵＡＲＴを含み、ＵＡＲＴが部品の物理的な位置を表わす情報を順次に伝送する請求項１のセンサ。