CN1175660C - 图像读取装置及图像读取方法 - Google Patents

Abstract

一种图像读取装置，使用具有将多个像素单元沿Y方向配置为一列的线路传感器的摄像机拍摄对象物时，通过相对移动检测部检测保持该对象物的移动移载头相对于摄像机沿X方向的相对移动，每相对移动相当于X方向的扫描间隔的规定距离时就向摄像机控制部传输移动检测信号。摄像机控制部根据该移动检测信号来控制像素单元选择电路，并从像素单元选择信息指定的像素单元中输出图像信号。因此，即使移动移载头的移动机构存在误差时，也能得到分辨率稳定的正确的图像。

Description

图像读取装置及图像读取方法

                          技术领域

本发明涉及一种由线路传感器读取摄像对象图像的图像读取装置及图像读取方法。特别涉及能够缩短图像读取时间同时获得正确图像的图像读取装置及图像读取方法。

                          背景技术

在电子部件安装装置等中，线路传感器作为用于通过图像处理进行安装对象即部件的位置识别的摄像器件是众所周知的。该线路传感器是将具有随着受光量而积蓄电荷的光电变换元件的像素单元排列为列状的传感器。通过光学系统将摄像对象物的光学图像在线路传感器上成像时，在各像素单元上积蓄对应于对象物的光学图像的电荷。而且，通过将各像素单元的电荷作为电信号顺序输出，能够得到像素单元排列方向即主扫描方向的1维图像数据。而且，通过将以与主扫描方向正交的副扫描方法相对移动部件所得到的多个1维图像数据并列排列，就会得到希望的2维图像数据。以往，作为该线路传感器使用CCD(电荷耦合器件)(charge coupled device)线路传感器。

可是，安装对象、即部件的种类和尺寸是各式各样的。因此，在将从小型尺寸到大型尺寸的多种类的部件作为安装对象的多功能型的部件安装装置中，需要使用同一个图像读取装置来拍摄大小以及种类不同的部件。所以，使用一般的线路传感器的图像读取装置大多装备与对象部件中的最大部件尺寸对应的扫描宽度的线路传感器。而且，从线路传感器输出的图像信号被存储在图像读取装置包括的图像存储装置中。

然而，在现有的图像读取装置使用的CCD线路传感器中，不管图像读取对象的大小，在图像读取时都需要从构成线路传感器的全部像素单元中传送电荷。因此，可以说并不是都含有需要的信息，从不需要范围的像素单元中也传送电荷，需要更多的时间来读取图像。并且，部件在副扫描方向上的相对移动

                            速度因

机构误差等原因产生偏差的情况很多，该偏差容易使副扫描方向的分辨率产生变化，存在不能获得正确的图像的问题。

                            发明内容

为了解决上述的问题，本发明的目的在于提供一种能够缩短图像读取时间同时获得正确图像的图像读取装置以及图像读取方法。

本发明的图像读取装置具有以下的构成。

本发明的图像读取装置，使直列配置多个像素单元的线路传感器构成的摄像机相对于摄像对象物在沿所述像素单元排列方向直角交叉的方向上相对移动，同时读取摄像对象的光学图像，其中，像素单元有光电变换元件、栅极元件、以及蓄电元件；其特征在于，该图像读取装置包括：

(a)像素单元选择部，对所述多个像素单元进行个别存取，并输出图像信号；

(b)像素单元选择信息提供器件，提供包含必要信息的像素单元选择信息，以便指定要输出所述图像信号的像素单元；

(c)相对移动机构，使所述摄像对象物相对于摄像机相对移动；

(d)相对移动检测部，检测所述摄像对象物向与所述摄像机的线路传感器的像素单元排列方向直角交叉的所述方向相对移动的规定距离；以及

(e)控制部，在所述相对移动检测部检测出相对移动的所述规定距离时，根据所述像素单元选择信息来控制所述像素单元选择部，从而从希望的像素单元中输出图像信号。

本发明的图像读取方法用于图像读取装置，该装置使直列配置多个像素单元的线路传感器构成的摄像机相对于摄像对象物在沿所述像素单元排列方向直角交叉的方向上相对移动，同时读取摄像对象的光学图像，其中，像素单元有光电变换元件、栅极元件、以及蓄电元件；其特征在于，该方法包括：

(a)相对移动机构使所述摄像对象物向与所述摄像机的所述线路传感器的像素单元排列方向直角交叉的所述方向相对移动的步骤；以及

(b)每当所述摄像对象物相对移动规定距离时，重复进行根据像素单元选择信息从指定的像素单元中输出图像信号的步骤。

根据本发明，即使相对于摄像机移动摄像对象物的相对移动机构存在误差时，也能得到分辨率稳定的正确的图像。

                           附图说明

图1是装入本发明实施例的图像读取装置的部件安装装置的斜视图。

图2是本发明实施例的图像读取装置的构成的方框图。

图3是图2所示的图像读取装置的相对移动检测部的功能的方框图。

图4是图2所示的图像读取装置的线路传感器的构成图。

图5是构成图2所示的图像读取装置的线路传感器的像素单元的构成图。

图6是说明图2所示的图像读取装置的线路传感器的功能的定时图。

图7是本发明实施例中的图像读取方法的流程图。

图8是本发明实施例中的图像读取方法的设定图像摄取区域的说明图。

                        具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

首先，说明装入本发明实施例的图像读取装置的部件安装装置以及该图像读取装置的构成。

图1是装入本发明实施例的图像读取装置的部件安装装置的斜视图，图2是本发明实施例的图像读取装置的构成的方框图，图3是该装置的相对移动检测部的功能的方框图，图4是该装置的线路传感器的构成图，图5是构成该线路传感器的像素单元的构成图，图6是说明该线路传感器的功能的时间图。

首先，在图1中，在基座1的中央部沿X方向配置传送线路2。传送线路2传送基板3并决定其位置。在传送线路2的两侧配置供给部件的部件供给部4。在各个供给部4中并列设置多个带馈送器5。带馈送器5通过收存保持在带上的部件、间隔送出该带而将部件供给到拾取位置。

在基座1上面的两侧端部并排配置2根基柱的Y轴支架61、62。在两Y轴支架61、62上架设安装着移动移载头8的X轴支架7。该移载头8包括在下端部吸附多个部件的多个吸嘴81(参照图2)。通过驱动Y轴支架61、62以及X轴支架7，移载头8可以水平移动，从带馈送器5的拾取位置拾取部件，并将部件移送装载到基板3上。

在传送线路2和供给部4之间的移载头8的移动路径上配置读取部件图像的摄像机9。该摄像机9包括将配有光电变换元件的多个像素单元沿Y轴方向直列配置的线路传感器。

下面用图2详细说明本发明实施例的图像读取装置。

如图2所示，在使保持在移动移载头8的吸嘴81上的部件301、302、303分别位于摄像机9上方的状态下，打开照明装置(未图示)，从下方照亮这些部件301、302、303。由此，将这些部件的光学图像成像在摄像机9的线路传感器的像素单元上。然后，连续输出将这些光学图像变换成电信号的图像信号。

在图2中，电动机71是X轴支架7的驱动电动机，由电动机控制部10控制。即，该控制部10根据通过输入输出控制部19传递的速度指令或位置指令来控制电动机71。该电动机71驱动进给丝杠72转动。因此，移载头8相对于摄像机9沿X轴方向以规定的移动模式移动。

通过一边移动移载头8一边使用摄像机9进行摄像，摄像机9获得部件301、302、303的扫描图像。即，X轴支架7成为与沿摄像机9的线路传感器的像素单元排列方向(Y方向)呈直角交叉方向(X方向)相对移动摄像对象物即部件301、302、303的相对移动机构。而且，通过识别得到的扫描图像来进行部件301、302、303的识别或位置检测。在将这些部件分别安装到基板3上时，根据该位置检测结果来校正位置错位之后再进行装载。

并且，电动机71包括编码器(未图示)。从该编码器输出的脉冲信号被传送到电动机控制部10中。该控制部10根据该脉冲信号来检测移载头8的位置，并作为当前位置传递到输入输出控制部19中。相对移动检测部11通过该控制部10接收来自编码器的脉冲信号。该检测部11检测移载头8、即在移载头8的吸嘴81上保持的摄像对象物即部件301、302、303在相对于摄像机9沿X方向相对移动的规定距离。该检测部11将移动检测信号750输出到摄像控制部17中。

这里，参照图3说明相对移动检测部11的详细功能。如图3所示，该检测部11包括：当前位置计数器111；摄取区域X方向位置存储部112；摄取范围判定部113；规定距离移动检测部114。该计数器111计数通过控制部10送来的X轴电动机71的编码器的脉冲信号，求X方向的当前位置。将检测出的当前位置传送到摄取范围判定部113中。

摄取区域X方向位置存储部112将作为摄像机9摄像时的图像摄取范围而预先设定的图像摄取区域的X方向的位置信息、或相当于后述的扫描间隔的规定距离的数据作为相对移动机构的机械坐标来存储。这些数据通过输入输出控制部19被传送到该存储部112中。

摄取范围判定部113比较从计数器111传送来的当前位置和从存储部112传送来的X方向的位置信息，判定摄像机9和移载头8的相对位置关系。而且，如果该判定部113判定为保持在移载头8上的部件在图像摄取区域内，则向规定距离移动检测部114输出许可该检测部114工作的许可信号760。

该检测部114检测移载头8对于摄像机9是否相对地移动规定的固定距离。即，信号760许可检测部114工作时，检测部114计数从编码器输出的脉冲信号并监视移载头8对于摄像机9的相对移动。而且，如果移载头8移动与预先设定的扫描间隔对应的规定距离，则该检测部114输出移动检测信号750，同时对脉冲信号的计数进行复位。而且，在输出信号760期间，该检测部114反复进行同样的处理，并将信号750输出到摄像机控制部17中。而且，将该信号750作为触发信号并根据控制部17的控制指令来执行线路传感器14的图像摄取。

因此，所述的规定距离即扫描间隔成为决定摄像机9的摄像分辨率的参数，如果将该扫描间隔设定得小则能够得到精细的图像。相反，如果将该扫描间隔设定得大，则得到的图像变得粗糙。在本实施例中，在每个图像摄取区域分别设定该扫描间隔，可以取得适应于部件的种类、形状、尺寸、识别目的等的分辨率的图像。

在图2中，摄像机9由线路传感器14、像素单元选择电路15、信号校正部16以及摄像机控制部17构成。线路传感器14包括沿Y方向直列配置的多个像素单元141。如图4所示，线路传感器14包括：取样保持部23；第1移位栅极(shift gate)24；光电变换部25；第2移位栅极26；复位漏极(resetdrain)27。图5是表示构成线路传感器14的像素单元141的其中一个像素单元的图。该像素单元141由光电变换部25的光电变换元件251、第1移位栅极24及第2移位栅极26的栅极元件241、261、取样保持部23的蓄电元件231构成。而且，各蓄电元件231被连接到像素单元选择电路15。

通过将光学图像成像在线路传感器14上，光电变换元件251曝光而积蓄电荷。通过将来自摄像机控制部17的控制信号720传递到第1移位栅极24中，光电变换元件251的电荷通过开关元件241被传送到蓄电元件231中。在该蓄电元件231中将被传送的电荷保持为与电荷量对应的电压值。通过在传送新的电荷之前将控制信号730传送到取样保持部23中，将蓄电元件231保持的电压值复位。并且，通过将控制信号710传递到第2移位栅极26中，光电变换元件251的电荷通过栅极元件261被复位漏极27排出。因此，将各个光电变换元件251的电位初始化。

像素单元选择电路15通过选择线路传感器14中的多个像素单元141中的一个像素单元，从选择的像素单元141中输出图像信号。即，根据后述的像素单元选择信息，仅从多个像素单元141之中被指定的像素单元中将取样保持部23的各蓄电元件231中保持的电压值作为图像信号来输出。即，像素单元选择电路15成为对多个像素单元141进行个别存取来输出图像信号的像素单元选择部，通过来自摄像机控制部17的控制信号740来控制像素单元选择电路15，从而执行该像素单元选择动作。

而且，将如前所述的来自相对移动检测部11的移动检测信号750作为触发信号进行由该像素单元选择动作从指定像素单元中输出图像信号。即，如果该检测部11检测移载头8相对于摄像机9移动规定距离，则摄像机控制部17就根据像素单元选择信息来控制像素单元选择部(像素单元选择电路15)，由此完成从期望的像素单元中输出图像信号的功能。

下面参照图6说明所述线路传感器14的功能。

图6是用定时图表示构成线路传感器14的第2移位栅极26、光电变换部25、第1移位栅极24以及像素单元选择电路15的工作状态并附加相关的从相对移动检测部11输出的移动检测信号750的图。图6分别表示图4中的控制信号710、720、730、740。在图6中，控制信号710、720上出现的阶跃信号分别表示第2移位栅极26、第1移位栅极24成为‘断开(开)状态’的定时，控制信号730表示取样保持部23的电压值的保持·解除的定时。

控制信号740表示通过像素单元选择电路15从取样保持部23的蓄电元件231依次输出图像信号的定时。从最初的阶跃信号到最后的阶跃信号的时间表示使从全部对应的选择像素单元中输出图像信号所需要的图像信号输出时间，而移动检测信号750上出现的阶跃信号表示来自相对移动检测部11的输出定时。

如果从相对移动检测部11输出移动检测信号750(箭头(1))，则在控制信号730上产生保持解除信号，由此，解除取样保持部23的保持状态。其后(箭头(2))，在控制信号720上产生‘断开信号’，第1移位栅极24成为‘断开状态’。因此，光电变换部25的电荷被传送到取样保持部23中，而且，其后(箭头(3))在控制信号730上产生保持信号，取样保持部23再次恢复为保持状态。因此，被传送的电荷作为电压值保持在取样保持部23中。

如果取样保持部23变成保持状态(箭头(4))，则在控制信号720上产生‘接通(闭)信号’，第1移位栅极24再次成为‘接通状态’。而且，其后(箭头(5))，若在控制信号710上产生‘断开信号’，第2移位栅极26成为‘断开状态’。由此光电变换部25的蓄电状态被复位，从第2移位栅极26再次成为‘闭状态’的定时起开始光电变换部25的新的曝光时间。在该曝光进行的同时(箭头(6))，像素单元选择电路15根据基于像素单元选择信息输出的控制信号740，将保持在取样保持部23的蓄电元件231中的电压值作为图像信号依次输出。

这里，输出移动检测信号750的间隔T不必局限于预先设定的固定时间，因进给丝杠72的误差等的机构误差而呈现偏差。可是，在该间隔T的期间内，移动移载头8相对摄像机9的相对移动距离不拘于机构误差而经常保持固定距离。为了吸收该间隔T的时间偏差，在结束输出来自取样保持部23输出图像信号之后到下次输出图像信号开始的期间中，预先设定充裕时间。

在图2中，从线路传感器14的各像素单元141中由像素单元选择操作输出的图像信号被传送到信号校正部16中。该校正部16根据从摄像机控制部17输出的增益等的摄像机设定值进行图像质量的校正处理。摄像机控制部17从输入输出控制部19接受驱动像素单元选择电路15所需要的信息、即像素单元选择信息，根据该像素单元选择信息来控制像素单元选择电路15。然后，该控制部17从用像素单元选择信息选择的像素单元141中输出图像信号，同时输出表示图像摄取结束的摄取结束信号。

将校正部16校正处理后的图像信号输出到图像识别部18中。该识别部18接收控制部17发送的摄取结束信号后，根据用在后述的部件数据中包含摄取的图像信号的算法序号指定的识别算法来进行识别处理。

输入输出控制部19介于电动机控制部10、相对移动检测部11、摄像机控制部17以及图像识别部18和处理-运算部20之间，控制信号的输入输出。该处理-运算部20根据存储在以下说明的数据存储部21中的数据，执行在程序存储部22中存储的处理程序，由此执行各种处理-运算。

在数据存储部21中存储安装数据211和部件数据212。数据211是涉及于部件的安装位置、安装顺序或用于拾取的吸嘴种类等安装作业过程的数据。数据212是涉及部件的各种数据的数据库，包含与部件的形状或尺寸有关的数据、附加在用于识别处理该部件的算法上的算法数码和识别参数等。在程序存储部22中存储摄取区域设定程序221和安装运转程序222。程序221根据部件数据中的部件尺寸或形状来设定图像摄取区域的大小和扫描间隔，同时将该信息作为表示像素单元选择信息和X方向位置的数值输出。

下面说明本发明的部件安装方法。

图7是本发明实施例中的图像读取方法的流程图，图8是本发明实施例中的图像读取方法的设定图像摄取区域的说明图。

在图7中，将安装数据211和部件数据212从数据存储部21中读取到处理-运算部20(ST1)。由此开始安装动作，图1所示的移载头8从部件供给部4拾取部件(ST2)。这里，图8所示的3个不同种类的部件301、302、303被吸嘴81拾取。而且，移载头8移动到摄像机9上方的图像读取开始位置(ST3)。

在该移载头8动作时，同时进行以下处理。

首先，根据读取的安装数据211以及部件数据212进行摄取区域设定处理(ST4)。这里，通过在处理-运算部20执行程序221，如图8所示，将处于被移载头8保持的状态的各部件301、302、303作为对象设定图像摄取区域501、502、503。

附记在图8的各图像摄取区域上的Y方向的数值Y1至Y6是基于线路传感器14的像素单元排列(YO至Ye)的数值，表示图像读取中的图像摄取区域的宽度，即，作为图像信号的输出对象所选择的像素单元的范围。例如，在读取将部件301作为对象的图像摄取区域501的图像时，只从线路传感器14的像素单元141(YO至Ye)之中的Y1至Y2范围的像素单元141中输出图像信号。

对应于各图像摄取区域在X轴上设定的X方向的数值X1至X9是用使移载头8在X方向移动的相对移动机构的机械坐标系上的数值(例如，对应于从电动机71的编码器输出的脉冲数)表示的数值。这里，(X3，X4)、(X5，X6)、(X7，X8)是分别表示图像摄取区域501、502、503的图像信号读取的开始、结束的定时的数值。并且，数值X1、X2、X9表示移载头8的扫描动作中的加速减速定时。

换言之，在图8的X轴上所示的X方向的各数值对应于线路传感器14和移载头8的在X方向的指定的相对位置关系。根据这些数值可以判别线路传感器14与水平移动中的移载头8处于什么样的位置关系。例如，如果来自电动机71的编码器的位置信息(脉冲信号)与数值X1一致，则表示移载头8达到用于实现规定的扫描速度而设定的减速位置。X2是对应于减速结束后成为规定的扫描速度的与速度设定位置对应的数值。

即，用处理-运算部20监视通过电动机控制部10从电动机71的编码器传送来的位置信息，如果该位置信息与上述的各数值一致，则可检测实现了与各个数值对应的指定的位置关系的信息。然后，根据该检测结果来执行各种动作控制，例如移载头8的动作控制、线路传感器14中的图像信号输出对象的选择像素单元的更新等。

即，根据部件数据中的部件形状和尺寸，对于图像摄取区域501、502、503分别设定表示图像摄取区域的宽度尺寸的Y方向数值和表示图像信号摄取开始、结束定时的X方向数值。根据这样设定的图像摄取区域来生成选择作为图像信号的输出对象的像素单元的像素单元选择信息。其后，输出在上述处理中设定的像素单元选择信息(ST5)。由此，摄像机9成为可以读取图像的状态。然后进行读取图像(ST6)。

这里，处理-运算部20、数据存储部21、程序存储部22构成像素单元选择信息提供部件，提供包含必要信息的像素单元选择信息，以便指定应该输出图像信号的像素单元。

如下进行读取图像。

首先，在最初摄像的图像摄取区域501的图像摄取中，将线路传感器14的各像素单元141(YO至Ye)之中的图8所示的Y1至Y2之间的像素单元指定为输出对象。

而且，如果表示移载头8位置的位置信息与X3一致，则从相对移动检测部11的摄取范围判定部113输出许可信号760。由此，规定距离移动检测部114将表示移载头8相对于摄像机9仅移动规定距离(扫描间隔)的移动检测信号750输出到摄像机控制部17。

将该移动检测信号750作为触发信号，开始输出来自线路传感器14的图像信号，输出的图像信号经过信号校正部16被摄取到图像识别部18中。然后，如果移动移载头8后的位置信息与X4一致，就停止输出来自摄取范围判定部113的许可信号760。因此停止输出移动检测信号750，中断自摄像机9的图像读取。其后，通过继续移动移载头8，对图像摄取区域502、503反复进行同样的图像读取。此时，对于每个图像摄取区域502、503分别设定不同的扫描间隔，取得与摄像对象即部件302、303相适应的分辨率的图像。

如果这样完成全部部件的图像读取，移载头8就移动到基板3的上方(ST7)。与此同时进行识别处理(ST8)。即，信号校正部16校正处理过的图像信号被取入到图像识别部18，在这里进行识别处理。接着，执行部件装载(ST9)。即，根据图像识别部18的识别结果，在校正了部件301、302、303的位置错位后，移载头8分别将部件装载到基板3上。此时，因为分别使用适应于各个部件的适宜的分辨率并且根据在摄像中分辨率方面的没有偏差的稳定的图像来识别部件301、302、303，所以可以稳定图像识别精度并提高安装精度。

在本实施例中，说明了将图像读取装置装入部件安装装置的例子，但该图像读取装置也可以适用于部件安装装置以外的装配装置和各种检查机等读取图像的各种各样装置。

根据如上所述的本发明，因为相对移动机构使摄像对象物相对于摄像机向某一方向移动，在摄像对象物相对于摄像机每移动规定距离时反复进行从像素单元选择信息指定的像素单元中输出图像信号，所以能够得到分辨率稳定的正确的图像。

Claims (3)

1、一种图像读取装置，使直列配置多个像素单元的线路传感器构成的摄像机相对于摄像对象物在沿所述像素单元排列方向直角交叉的方向上相对移动，同时读取摄像对象的光学图像，其中，像素单元有光电变换元件、栅极元件、以及蓄电元件；其特征在于，该图像读取装置包括：

(a)像素单元选择部，对所述多个像素单元进行个别存取，并输出图像信号；

(b)像素单元选择信息提供器件，提供包含必要信息的像素单元选择信息，以便指定要输出所述图像信号的像素单元；

(c)相对移动机构，使所述摄像对象物相对于摄像机相对移动；

(d)相对移动检测部，检测所述摄像对象物向与所述摄像机的线路传感器的像素单元排列方向直角交叉的所述方向相对移动的规定距离；以及

(e)控制部，在所述相对移动检测部检测出相对移动的所述规定距离时，根据所述像素单元选择信息来控制所述像素单元选择部，从而从希望的像素单元中输出图像信号。

2、如权利要求1所述的图像读取装置，其特征在于：

所述线路传感器由具有所述光电变换元件的所述多个像素单元构成。

3、一种图像读取方法，用于图像读取装置，该装置使直列配置多个像素单元的线路传感器构成的摄像机相对于摄像对象物在沿所述像素单元排列方向直角交叉的方向上相对移动，同时读取摄像对象的光学图像，其中，像素单元有光电变换元件、栅极元件、以及蓄电元件；其特征在于，该方法包括：

(a)相对移动机构使所述摄像对象物向与所述摄像机的所述线路传感器的像素单元排列方向直角交叉的所述方向相对移动的步骤；以及

(b)每当所述摄像对象物相对移动规定距离时，重复进行根据像素单元选择信息从指定的像素单元中输出图像信号的步骤。

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