JP2004094567A - 画像読み取り装置および画像読み取り方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】複数の画素が主走査方向に配列された受光部を有するラインカメラによって、副走査方向に相対移動する保持部に保持された撮像対象物を撮像して画像データを記憶する画像読み取りにおいて、保持部と一体的に移動する移動部分に基準マークを設けて、撮像時に撮像対象物と基準マークとが同時に撮像されるようにし、画像記憶部への画像データの書き込みに際しては、一次元の映像信号から基準マークに相当する基準信号20を検出するとともに、この検出の時点から時間T1だけ遅れた所定タイミング後に画像信号21を画像記憶部の所定のアドレスに画像データとして書き込む。これにより、電子部品が主走査方向に揺れ変位を生じている場合にあっても、高い画像精度を確保することができる。
【選択図】 図4
Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラインセンサによって撮像対象物を撮像して画像を読み取る画像読み取り装置および画像読み取り方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子部品実装装置などにおいて電子部品などの撮像対象物を画像認識するための画像読み取り手段として、ラインカメラが知られている。このラインカメラは受光量に応じた電荷を蓄える光電変換素子を備えた画素および画素から電荷を受け取って電気信号として出力する転送部を列状に配列したものである。ラインカメラ上に光学系により撮像対象物の光学画像を結像させると、各画素には対象物の光学画像に対応する電荷が蓄えられる。
【0003】
この各画素の電荷を転送部によって受け取り、電気信号として順次出力させることにより、光電変換素子の配列方向、すなわち主走査方向の一次元画像データを得ることができる。そして撮像対象物を主走査方向と直交する副走査方向に相対移動させて得られた複数の一次元画像データを並列させることにより、所望の二次元画像データが求められる。このため、ラインカメラによる画像読み取りにおいて高精度の画像を取得するためには、上述の副走査方向への相対移動を高精度で行う必要がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、電子部品実装分野において必要とされる精度レベルの向上に伴い、上記副走査方向への相対移動における撮像対象物のわずかな揺れ変位が画像精度に及ぼす影響が無視できないようになってきている。すなわち、撮像対象物を副走査方向に移動させる際には、移動機構の機構誤差や機械振動などによって撮像対象物は主走査方向へのわずかな振れを反復しながら移動する。このため、ラインカメラによって得られる一次元画像はこの振れ分だけ位置ずれを生じ、このような一次元画像を並列して得られた二次元画像は撮像対象物の正しい形状を示したものとはならない。このように、従来のラインカメラを用いた画像読み取り装置は、走査動作における撮像対象物の振れに起因して、高い画像精度を確保することが困難であるという問題点があった。
【0005】
そこで本発明は、ラインカメラを用いて高い画像精度を確保することができる画像読み取り装置および画像読み取り方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の画像読み取り装置は、複数の画素が主走査方向に配列された受光部を有するラインカメラによって、このラインカメラに対して前記主走査方向と交叉する副走査方向に相対移動する保持部に保持された撮像対象物を撮像し、撮像によって得られた映像信号を画像データとして画像記憶部に記憶する画像読み取り装置であって、前記保持部に付帯して一体的に移動する移動部分の前記ラインカメラによる撮像範囲の一端側に含まれる位置に設けられた基準マークと、前記受光部の前記一端側の画素から電気信号を順次出力することにより得られた一次元の映像信号から前記基準マークに相当する基準信号を検出するとともに、この検出の時点から所定タイミング後に前記映像信号を前記画像記憶部の所定のアドレスに画像データとして書き込む書き込み制御部を備えた。
【0007】
請求項2記載の画像読み取り装置は、請求項1記載の画像読み取り装置であって、前記書き込み制御部は、ラインカメラから出力されたアナログの映像信号から前記基準信号を検出する。
【0008】
請求項3記載の画像読み取り装置は、請求項1記載の画像読み取り装置であって、前記書き込み制御部は、ラインカメラから出力されたアナログの映像信号をAD変換したデジタルの映像信号から前記基準信号を検出する。
【0009】
請求項4記載の画像読み取り装置は、請求項1記載の画像読み取り装置であって、前記基準マークは、前記副走査方向に直線状に形成された線状マークである。
【0010】
請求項5記載の画像読み取り装置は、請求項1記載の画像読み取り装置であって、前記線状マークが並列状態で複数本形成されている。
【0011】
請求項6記載の画像読み取り方法は、複数の画素が主走査方向に配列された受光部を有するラインカメラによって、ラインカメラに対して前記主走査方向と交叉する副走査方向に相対移動する保持部に保持された撮像対象物を撮像し、撮像により得られた映像信号を画像記憶部に画像データとして記憶する画像読み取り方法であって、前記保持部に付帯して一体的に移動する移動部分の前記ラインカメラによる撮像範囲の一端側に含まれる位置に基準マークを設けておき、前記受光部の一端側の画素から電気信号を順次出力することにより得られた一次元の映像信号から前記基準マークに相当する基準信号を検出するとともに、この検出の時点から所定タイミング後に前記映像信号を前記画像記憶部の所定のアドレスに画像データとして書き込む。
【0012】
本発明によれば、電子部品を保持する保持部に付帯して一体的に移動する移動部分に基準マークを設けて、撮像時に撮像対象物と基準マークとが同時に撮像されるようにし、画像記憶部への画像データの書き込みに際しては、一次元の映像信号から基準マークに相当する基準信号を検出するとともに、この検出の時点から所定タイミング後に映像信号を画像記憶部の所定のアドレスに画像データとして書き込むことにより、電子部品が主走査方向に揺れ変位を生じている場合にあっても、高い画像精度を確保することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図、図2(a)は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの部分側面図、図2(b)は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの下面図、図2(c)は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の画像読み取り装置のラインセンサの平面図、図3、図7は本発明の一実施の形態の画像読み取り装置の構成を示すブロック図、図4、図5は本発明の一実施の形態の画像読み取り装置による画像読み取り処理のタイムチャート、図6は本発明の一実施の形態の画像読み取り装置によって得られた画像図である。
【0014】
まず図1を参照して電子部品実装装置について説明する。図1において、電子部品実装装置1は、多数の電子部品供給ユニット2が並設された部品供給部3を備えており、電子部品供給ユニット2は電子部品(図示省略)を収納し、この電子部品を移載ヘッド7によるピックアップ位置に供給する。移載ヘッド7は電子部品P(図2参照)を吸着保持するためのノズル7aを備えており、X軸テーブル6XおよびY軸テーブル6Yより成る移載ヘッド駆動機構6によって水平方向に移動する。移載ヘッド7はノズル7aによって電子部品供給ユニット2から電子部品Pを取り出して保持し、基板搬送部4によって搬送され位置決めされた基板5に搭載する。移載ヘッド7は電子部品Pを保持する保持部となっている。
【0015】
部品供給部3と基板搬送部4との間には、照明部9を備えたラインカメラ8が配置されている。ラインカメラ8は、複数の画素が主走査方向(Y方向)に配列された受光部を有しており、受光部はラインカメラ8の上方に位置した電子部品Pを撮像して一次元の映像信号を出力する。出力された一次元の映像信号は、後述する画像読み取り装置の画像記憶部に画像データとして書き込まれる。そしてX軸テーブル6Xを駆動して移載ヘッド7を、ラインカメラ8に対して主走査方向と直交する副走査方向(X方向)に相対移動させながら複数の一次元の映像信号を得るスキャン動作を行い、これらの複数の一次元の映像信号を並列させることにより、電子部品Pの二次元画像が求められる。
【0016】
ここで図2を参照して、移載ヘッド7の下部の構造および移載ヘッド7とラインカメラ8との相対位置関係について説明する。図2(a)は移載ヘッド7の下端部の側面を示しており、移載ヘッド7の下面に装着されたノズル7aの上部には、電子部品Pを反射光によって照明するための反射板7bが設けられている。移載ヘッド7をラインカメラ8の上方に位置させて、照明部9から上方に照明光を照射すると、照明光は反射板7bによって下方に反射される。これにより、ノズル7aの下端部に保持された電子部品Pは、上方からの反射光によって透過照明され、この透過光がラインカメラ8に入射することにより、電子部品Pは透過光により撮像され、電子部品Pを暗像とする画像が取得される。
【0017】
図2(b)に示すように、移載ヘッド7の下面7cにはX方向に細長形状の基準マーク板10が装着されており、基準マーク板10には3本の基準線10aがX方向に直線状に並列状態で形成されている。すなわち、3本の基準線10aは、副走査方向に直線状に形成された基準マークとしての線状マークである。
【0018】
図2(c)は、ラインカメラ8による撮像時における、移載ヘッド7とラインカメラ8との相対位置関係を示している。移載ヘッド7の下面7cにおける基準マーク板10のY方向の位置は、ラインカメラ8の受光部8aの一端側に常に3本の基準線10aが含まれるように設定されている。すなわち基準マークである3本の基準線10aは、保持部である移載ヘッド7に付帯して一体的に移動する移動部分の、ラインカメラ8による撮像範囲の一端側に含まれる位置に設けられている。これにより、電子部品Pを撮像する際には、常に3本の基準線10aも同時に撮像される。
【0019】
なお、画像読み取りにおいては、受光部8aの全画素から出力された電気信号全てが画像データとして取り込まれるのではなく、各電子部品のサイズに応じて画像取込範囲として設定された画素(図2(c)に示す例では、電子部品Pに対応して設定されたm個の画素)からの電気信号のみが、画像メモリに書き込まれる。
【0020】
ラインカメラ8による撮像時には、ラインカメラ8から図2に示す画像読み取り装置11に対して、基準クロック信号a、同期信号b、映像信号cが出力される。基準クロック信号aは計時用の基準信号であり、画像読み取り装置11の各部の動作タイミングは基準クロック信号aに従う。同期信号bは、受光部8aから映像信号を出力させるためのトリガー信号となる水平同期信号である。
【0021】
映像信号cは、受光部8aを構成する各画素から出力される電気信号であり、本実施の形態における画像読み取り方法では、映像信号には吸着ノズル7aに保持された電子部品Pの画像を示す信号(図4(b)に示す画像信号21参照)とともに、移載ヘッド7とともに移動する基準マーク板10に形成された基準線10aを示す信号(図4(b)に示す基準信号20参照)が含まれる。
【0022】
次に図3を参照して、画像読み取り装置11の構成を説明する。図3において、画像読み取り装置11は、基準クロック信号I/F回路12a、同期信号I/F回路12b、映像信号I/F回路12cを備えており、これらのI/F(インターフェイス)回路は、それぞれラインカメラ8から出力される基準クロック信号a、同期信号b、映像信号cを取り込む。
【0023】
取り込みスタート信号生成部13は、基準クロック信号a、同期信号b、映像信号cに基づき、ラインカメラ8から出力される映像信号を画像データとして画像メモリに書き込む際の開始タイミングを示す取り込みスタート信号を生成する。画像取り込み許可信号生成部14は、取り込み動作が許可される時間を示す取り込み許可信号を、基準クロック信号aおよび取り込みスタート信号に基づき生成する。A/D変換部15は、基準クロック信号aに基づき、アナログの映像信号cをデジタルの映像信号に変換する。
【0024】
画像メモリ制御部16は、書き込み信号、チップセレクト信号など、画像メモリ18(画像記憶部)へ映像信号を画像データとして書き込む際に必要な画像取り込み制御信号を生成する。これらの制御信号は、画像取り込み許可信号がアサートされている間生成され、画像メモリ18に対し出力される。画像メモリアドレス生成部17は、画像取り込み許可信号がアサートされている間画像メモリ18へのアドレスを生成し、同様に画像メモリ18に対して出力する。
【0025】
画像メモリ18は、ラインカメラ8から出力され、A/D変換部15によってデジタル信号に変換された映像信号を画像データとして記憶する。画像処理部19は、画像メモリ18に記憶された画像データを画像認識処理する。すなわち画像メモリ18の各アドレスに記憶された映像信号から二次元画像を生成し、この画像に基づいて電子部品Pの形状・位置を検出する。
【0026】
次に画像読み取り装置11の各部の処理実行における信号相互間のタイミングの関連について、図4のタイムチャートを参照して説明する。図4(a)は、移載ヘッド7をラインカメラ8に対して副走査方向(X方向)に移動させながらラインカメラ8による撮像を反復するスキャン動作において、各走査列(ここでは、第1、第2走査列のみ示す)毎に出力される水平同期信号を示している。この水平同期信号のパルスが出力されると、このパルスをトリガーとしてラインカメラ8の受光部を構成する各画素から、電気信号が映像信号として出力される。
【0027】
このとき、図2(c)に示す受光部8aの出力開始側(左端側)の画素から電気信号の出力が開始され、この後受光部8aの全画素から順次電気信号を出力させることにより、1走査列分の映像信号の出力が終了する。この信号出力動作においては、図4(b)に示すように、移載ヘッド7の下面の出力開始側にある基準線10aが撮像された矩形波の基準信号20がまず出力され、次いで吸着ノズル7aに保持された電子部品P(図2(b)参照)に相当する画像信号21が出力される。
【0028】
映像信号が取り込まれると、取り込みスタート信号生成部13は、映像信号から基準線10aに相当する基準信号20を検出し、図4(c)に示すように、この検出の時点から時間T1だけ遅れた所定タイミング後に、画像データの取り込みスタート信号(パルス信号22)を生成する。この時間T1は、基準クロック信号aに基づいて設定される。この基準信号20の検出において、基準マークとして3本の基準線10aを並列して設けていることから信号パターンの特徴が明瞭となり、ノイズの影響の少ない安定した検出が保証される。
【0029】
そしてこの取り込みスタート信号に基づき、画像取り込み許可信号生成部14は、取り込み許可信号を生成する。すなわち図4(d)に示すように、取り込みスタート信号から、映像信号の取り込み対象となる画素数分(ここではm個分)の取り込み所要時間に相当する取り込み許可時間T2の間だけ、取り込み許可となるように取り込み許可信号を生成する。
【0030】
そして図4(e)に示すように、画像メモリアドレス生成部17によって前記取り込み許可時間T2の間、メモリアドレスが受光部の各画素に対応して各走査列毎に生成される。ここでは図2(c)に示すように、1走査列でm個の画素からの信号が取り込まれることから、第1,第2走査列に対して、それぞれ(0,1・・m−1),(m、m+1・・2m−1)のようにメモリアドレスが生成され、画像メモリ18に対して出力される。
【0031】
このメモリアドレスの生成とともに、図4(f)に示すように、取り込み許可時間T2の間、書き込み信号、チップセレクト信号などの画像取り込み制御信号が、画像メモリ制御部16によって生成され、画像メモリ18に伝達される。これにより、図4(b)に示すアナログの映像信号をAD変換したデジタルの映像信号が、指定されたチップおよびメモリアドレスに従って画像メモリ18に画像データとして書き込まれる。
【0032】
上記構成において、取り込みスタート信号生成部13、画像取り込み許可信号生成部14、画像メモリ制御部16、画像メモリアドレス生成部17は、受光部8aの一端側の画素から電気信号を順次出力することにより得られた一次元の映像信号から基準マークに相当する基準信号を検出するとともに、この検出の時点から所定タイミング後に映像信号を画像記憶部の所定のアドレスに画像データとして書き込む書き込み制御部となっている。
【0033】
次に、図4(b)、(c)に示す映像信号cと取り込みスタート信号とのタイミングの関連について、図5を参照して説明する。上述の画像読み取り動作において、移載ヘッド7を移動させる移動機構の機械誤差や機械振動などに起因して、吸着ノズル7aに保持された電子部品Pが、揺れ変位など主走査方向(X方向)に不規則な変位を生じる場合がある。このような場合には、ラインカメラ8の受光部8aは、撮像タイミングにおける変位分だけ位置がずれた画像を撮像する。
【0034】
図5(a)は、主走査方向への不規則な変位がない状態における映像信号を示しており、図5(b)、(c)は、ノズル7aに保持された電子部品Pが主走査方向の+側、−側へそれぞれ変位した状態における映像信号を示している。図5(a)に示す不規則変位無しの状態では、電子部品Pに相当する画像信号21は、水平同期信号に基づいて画像信号の出力を開始した先頭画素から、電子部品Pの主走査方向の正しい位置に対応した画素数分の出力時間に相当する時間t1だけ、遅れて出力される。
【0035】
これに対し、図5(b)、(c)に示す映像信号の出力においては、電子部品Pに相当する画像信号21は、撮像タイミングにおいて電子部品Pの主走査方向の位置がずれていることから、前記時間t1と異なる時間t2,t3だけ遅れて出力される。ここで、時間t2はt1よりも位置ずれ相当分だけ長く、時間t3はt1よりも位置ずれ相当分だけ短い。このような場合に各走査列で得られた一次元画像を並列して二次元画像を生成すると、図6(a)に示すように走査列によって電子部品Pに相当する画素の主走査方向(X方向)の位置がずれた不正確な画像が生成される。そしてこのような画像に基づいて重心位置を求める演算を行うと、正しい演算結果を得ることができない。
【0036】
このような不具合を防止するため、本実施の形態に示す画像読み取り方法においては、各走査列で得られた映像信号を画像メモリ18に書き込む際に、図5(a),(b)、(c)の各例に示すように、電子部品Pに相当する画像信号21の位置ずれを、書き込みタイミングによって補正するようにしている。
【0037】
すなわち、ラインカメラ8の受光部から出力された映像信号を画像メモリ18に画像データとして書き込む際には、各走査列の映像信号において基準信号20から時間T1だけ遅れた所定タイミングに、取り込みスタート信号を示すパルス信号22を生成し、このパルス信号22によって画像メモリ18への映像信号の書き込みを開始するようにしている。
【0038】
ここで、移載ヘッド7における基準線10aとノズル7aに保持された電子部品Pとの相対位置関係は同一スキャン動作においては不変であることから、映像信号における基準信号20と電子部品Pに相当する画像信号21との時間関係も不変に保たれており、従って、パルス信号22から常に一定時間tfだけ遅れて画像信号21が出力されることになる。すなわち、パルス信号22を取り込みスタート信号として用いることにより、電子部品Pの主走査方向への不規則変位とは無関係に、画像メモリ18のメモリアドレス上における画像信号21の主走査方向への書き込み位置を一定に保つことができる。
【0039】
これにより、書き込みタイミングによる補正を行わない場合に現れる不具合、すなわち図6(a)に示すように、走査列によって電子部品Pに相当する画素がX方向にずれる現象が矯正される。これにより図6(b)に示すように、全ての走査列について、電子部品Pに相当する画素の先頭画素に対する主走査方向の相対位置が正しく確保され、電子部品Pの不規則変位が避けられない場合にあっても、高い画像精度を確保することが可能となっている。
【0040】
なお上記実施の形態においては、書き込み制御部は、ラインカメラから出力されたアナログの映像信号から基準マークに相当する基準信号を検出するようにしているが、図7に示す画像読み取り装置11Aのように、A/D変換部15によってAD変換された後のデジタルの映像信号から、取り込みスタート信号生成部13によって、基準マークに相当する基準信号を検出するようにしてもよい。
【0041】
また上記実施の形態では、基準マークとしての基準線10aを、移載ヘッド7の下面7aに設ける例を示しているが、基準マークの形態はこれに限定されず、種々の形態のマークを用いることができる。すなわち、移載ヘッド7と一体的に移動する部分に受光部8aによって明瞭に撮像可能に設けられたマークであって、副走査方向への移載ヘッド7の移動において主走査方向の位置が変動しないようなマークであればよい。
【0042】
【発明の効果】
本発明によれば、電子部品を保持する保持部に付帯して一体的に移動する移動部分に基準マークを設けて、撮像時に撮像対象物と基準マークとが同時に撮像されるようにし、画像記憶部への画像データの書き込みに際しては、一次元の映像信号から基準マークに相当する基準信号を検出するとともに、この検出の時点から所定タイミング後に映像信号を画像記憶部の所定のアドレスに画像データとして書き込むようにしたので、電子部品が主走査方向に揺れ変位を生じている場合にあっても、高い画像精度を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の斜視図
【図2】(a)本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの部分側面図
(b)本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の移載ヘッドの下面図
(c)本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の画像読み取り装置のラインセンサの平面図
【図3】本発明の一実施の形態の画像読み取り装置の構成を示すブロック図
【図4】本発明の一実施の形態の画像読み取り装置による画像読み取り処理のタイムチャート
【図5】本発明の一実施の形態の画像読み取り装置による画像読み取り処理のタイムチャート
【図6】本発明の一実施の形態の画像読み取り装置によって得られた画像図
【図7】本発明の一実施の形態の画像読み取り装置の構成を示すブロック図
【符号の説明】
7 移載ヘッド
7a ノズル
8 ラインカメラ
8a 受光部
10 基準マーク板
10a 基準線
11 画像読み取り装置
13 取り込みスタート信号生成部
14 画像取り込み許可信号生成部
16 画像メモリ制御部
17 画像メモリアドレス生成部
18 画像メモリ
Claims (6)
- 複数の画素が主走査方向に配列された受光部を有するラインカメラによって、このラインカメラに対して前記主走査方向と交叉する副走査方向に相対移動する保持部に保持された撮像対象物を撮像し、撮像によって得られた映像信号を画像データとして画像記憶部に記憶する画像読み取り装置であって、前記保持部に付帯して一体的に移動する移動部分の前記ラインカメラによる撮像範囲の一端側に含まれる位置に設けられた基準マークと、前記受光部の前記一端側の画素から電気信号を順次出力することにより得られた一次元の映像信号から前記基準マークに相当する基準信号を検出するとともに、この検出の時点から所定タイミング後に前記映像信号を前記画像記憶部の所定のアドレスに画像データとして書き込む書き込み制御部を備えたことを特徴とする画像読み取り装置。
- 前記書き込み制御部は、ラインカメラから出力されたアナログの映像信号から前記基準信号を検出することを特徴とする請求項1記載の画像読み取り装置。
- 前記書き込み制御部は、ラインカメラから出力されたアナログの映像信号をAD変換したデジタルの映像信号から前記基準信号を検出することを特徴とする請求項1記載の画像読み取り装置。
- 前記基準マークは、前記副走査方向に直線状に形成された線状マークであることを特徴とする請求項1乃至3記載の画像読み取り装置。
- 前記線状マークが並列状態で複数本形成されていることを特徴とする請求項4記載の画像読み取り装置。
- 複数の画素が主走査方向に配列された受光部を有するラインカメラによって、ラインカメラに対して前記主走査方向と交叉する副走査方向に相対移動する保持部に保持された撮像対象物を撮像し、撮像により得られた映像信号を画像記憶部に画像データとして記憶する画像読み取り方法であって、前記保持部に付帯して一体的に移動する移動部の前記ラインカメラによる撮像範囲の一端側に含まれる位置に基準マークを設けておき、前記受光部の一端側の画素から電気信号を順次出力することにより得られた一次元の映像信号から前記基準マークに相当する基準信号を検出するとともに、この検出の時点から所定タイミング後に前記映像信号を前記画像記憶部の所定のアドレスに画像データとして書き込むことを特徴とする画像読み取り方法。
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WO2013153645A1 (ja) * | 2012-04-12 | 2013-10-17 | 富士機械製造株式会社 | 撮像装置及び画像処理装置 |
WO2014020733A1 (ja) * | 2012-08-01 | 2014-02-06 | 富士機械製造株式会社 | 部品実装機 |
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