JP2005049629A - 撮像方法及び装置と部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の照明・撮像系が近接して配置されている場合の照明光の相互干渉を軽減して照度調整の容易化を図る。
【解決手段】 相互に近接して配置された複数のカメラと照明の組み合わせによる撮像方法であって、多連カメラ１１の各カメラに少なくとも１つずつ設けられた光源１、４からの照明光を、特定の波長帯域周辺のみを透過する光学フィルタ若しくはある偏光角度の光のみを通過させる偏光フィルタを有する光学・偏光フィルタ６を通して照明し、かつ光学フィルタは互いに近接して透過する照明光の中心波長が干渉を無視できる程度に離れたものを選び、偏光フィルタは互いに近接して透過する照明光の干渉を無視できる程度に偏光角度が離れたものを選ぶことにより互いの照度の影響を低減して撮像するようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は撮像方法及び装置と部品実装装置に関し、特に密集した撮像系で照明の相互干渉を低減して部品を撮像する撮像方法及び装置とそれを部品認識に用いた部品実装装置に関するものである。

近年の電気製品の小型・軽量・高機能化に伴い、電気製品の主たる構成要素である回路基板の実装部品数や実装密度の増大、部品の小型化が著しく進展し、その結果より多くの部品を高速で実装する要求が高まっている。

そのため、複数の密集した吸着ノズルを有する実装ヘッドを用い、複数の部品を一括して吸着することで実装ヘッドの移動回数を減らし、生産タクトを向上させる手法がとられている。その際、実装ヘッドの複数の吸着ノズルに吸着された部品を一括して撮像し、画像処理によって各部品を認識し、また実装位置のずれや回転角度の補正、吸着ノズルの部品吸着状態の把握などが行われている。

複数の部品を一括して撮像する方法としては、吸着ノズルの密集に合わせて照明・撮像系を配置することが考えられる。その照明・撮像系は、図３に示すように、撮像対象の各部品９に対してそれぞれ撮像に必要な光を照射するための照明手段４と、各部品９をそれぞれ撮像するための多連カメラ１０を配置した構成をとっている。

なお、隣接する光電スイッチでのスイッチ間の相互干渉を防止する構成として、発光部と受光部にそれぞれ偏光フィルタを設けるとともに、隣接するスイッチ間で偏向角度が異なる角度となるようにした透過型光電センサが知られている（特許文献１参照。）。

また、電子部品の外観検査装置において、異なる波長の光と特定波長の光のみを透過させる光学フィルタを組み合わせることにより、電子部品のリードの干渉のない撮像を実現するようにしたものも知られている（例えば、特許文献２参照。）。
特開平６−１５２３６６号公報 特開２００１−１５５１６０号公報

ところで、密集した照明・撮像系にて部品認識を行う場合には、カメラの感度および照明の輝度むらがあるため、どの系においても同じ画像を得るために各カメラ及び照明の調整が必要となる。各系によってばらつきがあると、それぞれの系、部品の組み合わせの数だけパラメータ設定が必要になり、調整時間や保持データ数などの点から非効率的になる。また、部品認識においては、認識パラメータの切り換えを行うことなく高速に行うことが望ましく、同等の照明条件での撮像は重要である。

そこで、上記照明手段４として、個別に輝度の調整手段を有する複数の白色あるいは単色光照明を並べ、各々調整することで所望の輝度分布を生成する方法がとられているが、隣接した照明同士が図８に示すように干渉し、同一部品を撮像した場合にすべてのカメラにおいて同輝度の画像を得るためには、干渉を考慮した複雑な照明条件の設定が必要となり、調整に時間がかかり、非効率的であるという問題がある。

なお、特許文献１に開示された技術は、透過型の光電センサにて物体検出のための有無判定を行うものであり、かつ発光部及び受光部の双方に偏向フィルタを配置することによってその効果を奏するものであり、このような問題の解決手段を開示するものではない。

また、特許文献２に開示された技術は、光源を対向配置して部品の両側面から照射しており、光学フィルタは直接反対側の光が入射しないように設けられているものであって、上記のような隣接した照明・撮像系での相互干渉を軽減する技術手段を開示するものではない。

本発明は、上記従来の問題点に鑑み、複数の照明・撮像系が近接して配置されている場合の照明光の相互干渉を軽減して照度調整の容易化を図れる撮像方法及び装置と部品実装装置を提供することを課題とする。

本発明の撮像方法は、相互に近接して配置された複数のカメラと照明の組み合わせにより部品を撮像する方法であって、複数の光源からの照明光を、特定の波長帯域周辺の光のみを透過する光学フィルタ若しくはある偏光角度の光のみを通過させる偏光フィルタを通して部品に照射し、かつ光学フィルタは互いに近接して透過する照明光の中心波長が干渉を無視できる程度に離れたものを選び、偏光フィルタは互いに近接して透過する照明光の干渉を無視できる程度に偏光角度が離れたものを選ぶことにより互いの照度の影響を低減させて部品を撮像するものである。

この構成によると、相互に近接した照明の影響を受けずに個別に迅速に各カメラ毎に照度調整が可能となり、各カメラにおいて同一対象の部品を同一輝度の画像として取得することができる。

また、照明光を、光学フィルタと偏光フィルタを組み合わせてなる光学・偏光フィルタを通して部品に照射する照射すると、近接する照明光同士の干渉をさらに確実に低減できる。

また、照明光を光学フィルタ若しくは偏光フィルタ又はその両者を通して照射し、反射光を同じ光学フィルタ若しくは偏光フィルタ又はその両者を通して撮像すると、１つの光学フィルタ若しくは偏光フィルタ又はその両者のみで、特定の照明光の生成と遮断の両方の役割を実現することができ、近接する照明光同士の干渉を一層確実に低減できる。

また、本発明の撮像装置は、相互に近接して配置されたカメラと照明手段とを備えた撮像装置であって、複数の照明手段と、各照明手段毎に設けられ、特定の波長帯域周辺のみを透過する光学フィルタ若しくはある偏光角度の光のみを通過させる偏光フィルタから成る照明干渉低減手段とを設けたものであり、上記撮像方法を実施してその効果を奏することができる。

また、照明干渉低減手段は、光学フィルタと偏光フィルタを組み合わせた光学・偏光フィルタから成ると、上記のように近接する照明光同士の干渉をさらに確実に低減できる。

また、照明手段と照明干渉低減手段とカメラを、照明光が光学フィルタ若しくは偏光フィルタ又はその両者を通り、反射光が同じ光学フィルタ若しくは偏光フィルタ又はその両者を通してカメラに入射するように配置すると、１つの光学フィルタ若しくは偏光フィルタ又はその両者のみで、特定の照明光の生成と遮断の両方の役割を実現することができ、近接する照明光同士の干渉を一層確実に低減できる。

また、本発明の部品実装装置は、上記撮像装置を、密集した部品吸着ノズルを有する部品実装ヘッドに吸着された部品の画像認識用の撮像装置としたものであり、隣接する照明の影響を受けずに個別に迅速に照度調整を行って同一部品を同一輝度の画像として取得することができ、信頼性の高い部品認識を効率的に実現することができる。

本発明によれば、相互に近接して配置されたカメラと照明の組み合わせによる撮像において、互いに異なる中心波長光を透過する光学フィルタ若しくはある偏光角度の光のみを通過させる偏光フィルタを組み合わせて設けることにより、相互干渉なく各組の照明・撮像系を個別に調整することができ、異なる撮像系であっても同一撮像対象の部品を同一輝度の画像として取得するための照度調整を単純化できて、効率化を図ることができる。

（第１の実施形態）
以下、本発明の撮像方法及び装置を部品実装装置に適用した第１の実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。

図１〜図３において、部品実装ヘッド８は比較的小さいピッチ間隔で１列状に並列して配置された複数本（５本）の吸着ノズル７を有しており、各吸着ノズル７にて部品９が吸着されている。部品実装ヘッド８が部品認識のために停止する位置の直下に、これらの部品９をそれぞれ撮像する複数（５つ）のカメラを並列配置してなる多連カメラ１１が配設されている。部品実装ヘッド８と多連カメラ１１の間に各部品９の撮像時にそれぞれを照明する照明装置１０が配設されている。

照明装置１０は、多連カメラ１１の各カメラの光軸に沿って撮像面に対して垂直に照明するための同軸照明手段１０ａと、各部品９の撮像面を周辺から照明するための面照明手段１０ｂにて構成されている。

同軸照明手段１０ａは、各カメラの光軸毎にその側部に１又は複数配設された同軸照明用ＬＥＤ１と、各カメラ毎に輝度むらの少ない一様な光源を実現するための同軸照明光拡散板２と各カメラの光軸上に４５°傾斜姿勢で配置したハーフミラー３とから成り、同軸照明用ＬＥＤ１から同軸照明光拡散板２に照明光を入射させて拡散させ、その拡散光をハーフミラー３にて反射させて光軸に沿って部品９を照明するように構成されている。

面照明手段１０ｂは、図４に示すように、各部品９毎に複数設けられた面照明用ＬＥＤ４と、光をむらなく照射するための導光・拡散板５と、この導光・拡散板５上に配設された照明干渉低減手段としての光学・偏向フィルタ６とから成り、各々対応する面照明用ＬＥＤ４から各導光・拡散板５に照明光を入射させて拡散させ、隣接する照明系の干渉を低減させる光学・偏光フィルタ６を通してその拡散光を各部品９の下面に向けてそれぞれ照射するように構成されている。導光・拡散板５の光軸が通る中央部には撮像光線通過穴１２が形成されている。

光学・偏光フィルタ６は、図５に示すように、特定の波長領域の光のみを透過させる光学フィルタ１３と、特定の偏光角度成分の光のみを透過させる偏光フィルタ１４の組み合わせて構成されている。隣接する光学フィルタ１３は、透過する光の中心波長領域が異なるように設定され、特に互いに補色の関係となる光学フィルタ１３を用いることで最も干渉を受けないようにすることができる。また、隣接する偏光フィルタ１４は、透過する光の偏光角度が異なるように設定され、特に偏光角度が互いに直角となるように配置することで最も干渉を受けないようにすることができる。図５（ａ）〜（ｄ）は、それぞれ２種類の光学フィルタ１３と互いに直角に配置した偏光フィルタ１４を用い、どの光学・偏光フィルタ６を通った光も他の光学・偏光フィルタ６を透過することができないようにした組み合わせ例を示している。なお、光学フィルタ１３と偏光フィルタ１４の配置順序は異なっても同様の作用が得られる。

以上の構成において、同軸照明用ＬＥＤ１から照射された光は、拡散板２により照度が一様な光源となり、表面から照射された光はハーフミラー３で反射して導光・拡散板５に開口された撮像光線通過穴１２を通過し、光学・偏光フィルタ６を通過する。このとき、光学・偏光フィルタ６によって、図６に示すように、特定波長・偏光角度成分の光のみが撮像対象としての部品９に向けて透過される。また、同時に、面照明用ＬＥＤ４から照射された光は導光・拡散板５に入射して表面の照度が一様な照明となり、表面から照射された光は、同軸照明と同様に光学・偏光フィルタ６によって、図６に示すように、特定波長・偏光角度成分の光のみが部品９に向けて透過される。

撮像対象としての部品９で反射された光は、同じ光学・偏光フィルタ６及びハーフミラー３を通過し、多連カメラ１１の各カメラに入射する。このとき、部品９で反射した光は、対応する光の波長・偏光角度の光学・偏光フィルタ６しか透過できないため、対応するカメラにのみ入射し、隣接したカメラへ入射することはない。また、逆に隣接した照明から照射された光は、この光学・偏光フィルタ６を通過することはできず、このカメラに入射することはない。

したがって、本実施形態によれば、光学フィルタ１３及び偏光フィルタ１４の組み合わせた光学・偏光フィルタ６を、撮像対象としての部品９とカメラの間の配置するとともに光源である同軸照明用ＬＥＤ１及び面照明用ＬＥＤ４からの照明光を光学・偏光フィルタ６を通して部品９を照射するようにしたことにより、１つの光学・偏光フィルタ６によって、特定の光の生成と、特定の光のみの透過が実現され、隣接した照明の影響を受けずに個別に照度調整が可能となり、従来は、図８に示すように、照明光１６が隣接する撮像系に入射して相互干渉するため、困難であったカメラ毎の照度ばらつきの少ない照明設定の調整が単純化され、迅速化・効率化を図ることができる。

なお、以上の実施形態の説明は、照明干渉低減手段として、光学フィルタ１３と偏光フィルタ１４を組み合わせた光学・偏光フィルタ６を用いた例を示したが、光学フィルタ１３若しくは偏光フィルタ１４のみを用いても良い。

（第２の実施形態）
次に、本発明の撮像方法及び装置の第２の実施形態について、図７を参照して説明する。

本実施形態の撮像装置は、カメラ２１と、４分円形状の面発光体２２及び光学・偏光フィルタ２３を１組とし、これらを複数組、図示例では４組を円形に配置して構成している。ここで、それぞれの光学・偏光フィルタ２３は、互いに透過する光の中心波長が異なり、偏光角度も異なるように設定され、隣接したカメラ２１への光の入射を低減させている。

以上の構成において、面発光体２２から照射された光は、光学・偏光フィルタ２３を透過し、光学・偏光フィルタ２３によって定まる特定波長と偏光角度成分のみが撮像対象２４に向けて透過される。撮像対象２４によって反射された光は、同じ光学・偏光フィルタ２３を透過してカメラ２１に入射する。このとき、撮像対象２４で反射した光は、対応する光の波長・偏光角度の光学・偏光フィルタ２３しか透過できないため、照射した位置に対応するカメラ２１にのみ入射し、隣接したカメラ２１には入射しない。また、逆に隣接した面発光体２２から照射された光は、この光学・偏光フィルタ２３を通過することはできず、カメラ２１に入射することはできない。

なお、図示例では４組を円形に配置した例を示したが、光学・偏光フィルタ２３のすべての光学フィルタと偏光フィルタの組み合わせを互いに透過しにくい波長領域、偏光角度となるように設定すれば、格子状あるいは同心状に配置する等、配置状態は任意に選択設定することができる。

このように、本実施形態によれば、密集した隣接撮像系に止まらず、格子状あるいは同心円状の配列の照明・撮像系であっても個別の照度調整を実現することができる。

本発明の撮像方法及び装置は、相互に近接して配置されたカメラと照明の組み合わせによる撮像において光学フィルタ若しくは偏光フィルタを組み合わせて設けることにより、相互干渉なく各組の照明・撮像系を個別に調整することができるので、密集した部品の撮像の効率化を図ることができ、密集して配設された複数の吸着ノズルで一括して吸着保持した複数の部品を一度に撮像して認識するようにした部品実装などに有用である。

本発明の撮像方法及び装置を部品実装装置に適用した第１の実施形態の構成を示す斜視図である。 同実施形態の構成を示す側面図である。 同実施形態の構成を同軸照明手段を省略して示す正面図である。 同実施形態における面照明手段の斜視図である。 同実施形態における照明干渉軽減手段の組み合わせ例を示す斜視図である。 本実施形態において照明が干渉しない状態を示す正面図である。 本発明の撮像方法及び装置の第２の実施形態の概略を示す斜視図である。 従来例において照明が干渉する状態を示す正面図である。

符号の説明

６ 光学・偏光フィルタ（照明干渉軽減手段）
７ 吸着ノズル
８ 部品実装ヘッド
９ 部品（撮像対象）
１０ 照明装置
１０ａ 同軸照明手段
１０ｂ 面照明手段
１１ 多連カメラ
１２ 撮像光線通過穴
１３ 光学フィルタ
１４ 偏光フィルタ
２１ カメラ
２２ 面発光体
２３ 光学・偏光フィルタ（照明干渉軽減手段）
２４ 撮像対象

Claims (7)

1. 相互に近接して配置された複数のカメラと照明の組み合わせにより部品を撮像する方法であって、複数の光源からの照明光を、特定の波長帯域周辺の光のみを透過する光学フィルタ若しくはある偏光角度の光のみを通過させる偏光フィルタを通して部品に照射し、かつ光学フィルタは互いに近接して透過する照明光の中心波長が干渉を無視できる程度に離れたものを選び、偏光フィルタは互いに近接して透過する照明光の干渉を無視できる程度に偏光角度が離れたものを選ぶことにより互いの照度の影響を低減させて部品を撮像することを特徴とする撮像方法。
2. 照明光を、光学フィルタと偏光フィルタを組み合わせてなる光学・偏光フィルタを通して部品に照射することを特徴とする請求項１記載の撮像方法。
3. 照明光を光学フィルタ若しくは偏光フィルタ又はその両者を通して照射し、反射光を同じ光学フィルタ若しくは偏光フィルタ又はその両者を通して撮像することを特徴とする請求項１記載の撮像方法。
4. 相互に近接して配置されたカメラと照明手段とを備えた撮像装置であって、複数の照明手段と、各照明手段毎に設けられ、特定の波長帯域周辺のみを透過する光学フィルタ若しくはある偏光角度の光のみを通過させる偏光フィルタから成る照明干渉低減手段とを設けたことを特徴とする撮像装置。
5. 照明干渉低減手段は、光学フィルタと偏光フィルタを組み合わせた光学・偏光フィルタから成ることを特徴とする請求項４記載の撮像装置。
6. 照明手段と照明干渉低減手段とカメラを、照明光が光学フィルタ若しくは偏光フィルタ又はその両者を通り、反射光が同じ光学フィルタ若しくは偏光フィルタ又はその両者を通してカメラに入射するように配置したことを特徴とする請求項４又は５の記載の撮像装置。
7. 請求項４〜６の何れかの撮像装置を、密集した部品吸着ノズルを有する部品実装ヘッドに吸着された部品の画像認識用の撮像装置としたことを特徴とする部品実装装置。
   

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