JP2005107716A

JP2005107716A - 撮像装置及び同装置を搭載した被撮像物移動装置

Info

Publication number: JP2005107716A
Application number: JP2003338384A
Authority: JP
Inventors: Haruyasu Fujita; 晴康藤田
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 2003-09-29
Filing date: 2003-09-29
Publication date: 2005-04-21
Anticipated expiration: 2023-09-29
Also published as: JP4381764B2; CN1860499A; CN1860499B; WO2005031642A1

Abstract

【課題】被撮像物を相対的に１度通過させることにより複数の照明条件下にある被撮像物の画像を１台の撮像手段によって個別に撮像することができる撮像装置及び同装置を搭載した被撮像物移動装置並びに撮像方法を提供すること。
【解決手段】撮像装置は、部品Ｃに対して複数の方向から光を照射可能な透過用照明手段、漏斗状照明手段３２ａ、反射用照明手段３２ｂ、側方照明手段３２ｃと、部品Ｃを撮像可能な１台のカメラ３０とを備え、カメラ３０の走査毎に部品Ｃに対して各照射方向の光を順次切換えて照射させるように、各照明手段の光の照射方向及び照射タイミングとカメラ３０の走査タイミングとを制御する撮像制御手段を備えている。
【選択図】図３

Description

本発明は、相対的に移動する被撮像物を撮像する撮像装置及び同装置を搭載した被撮像物移動装置に関するものである。

一般に、被撮像物に対して光を照射する照明手段と、この照明手段による照明条件下での部品を撮像する撮像手段とを備え、この撮像手段の撮像画像に基づいて被撮像物の姿勢や形状等を検知する撮像装置が知られている。この種の撮像装置には、被撮像物に設定された複数の検知対象を個別に検知するために、複数の照明条件下で個別に被撮像物を撮像するように構成されたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１の表面実装機は、BGA(Ball Grid Array)に代表されるようなパッケージ面上にバンプと呼ばれる突起電極を有したエリアアレイ端子型のパッケージ部品をヘッドユニットにより吸着し、この部品を位置決めされたプリント基板上に搬送して実装するように構成されている。そのため、上記表面実装機では、バンプの高さ不揃いというこの部品特有の不良を実装前に検知する機能と、部品をプリント基板に対して正確に位置決めするためにヘッドユニットに対する部品の姿勢を検知する機能とを有する撮像装置を備えていることが要求される。

そこで、上記表面実装機は、部品の姿勢を検知する第１センサユニットと、バンプ不良を検知する第２センサユニットとを撮像装置として備えている。第１センサユニットは、部品の下面を照射する照明手段と、この照明条件下で部品を真下から撮像する撮像手段とを備え、当該部品の輪郭を撮像することにより部品の姿勢を検知するようになっている。第２センサユニットは、バンプに対して異なる傾斜角度で光を照射する一対の照明手段と、これら照明手段による部品からの正反射光をそれぞれ受光可能な一対の撮像手段とを備え、異なる照明条件下で２度撮像した同一のバンプの画像位置に基づいてバンプ高さを検知するようになっている。そして、ヘッドユニットに吸着された部品は、その搬送過程において、第１センサユニット上を通過してその姿勢が検知されるとともに、第２センサユニット上を通過してバンプ不良の有無が検知されるようになっている。
特開２００３−８３００号公報

しかしながら、上記特許文献１の表面実装機は、検知対象となる部品の輪郭及びバンプを撮像するために３種の照明条件下で個別に部品を撮像しなければならないため、上記各センサユニットの各照明手段に対応して複数台の撮像手段を個別に配置する必要が生じ、このことは装置のコストを引き上げる要因となっていた。

そこで、各照明条件を切換えて、１台の撮像手段により照明条件の数だけ部品を撮像することも考えられるが、このようにすると撮像回数分だけ撮像手段に対して部品を通過させる必要が生じ、当該部品の搬送距離を増大させるため、部品の実装作業の効率を低下させることとなる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、被撮像物を相対的に１度通過させることにより複数の照明条件下にある被撮像物の画像を１台の撮像手段によって個別に撮像することができる撮像装置及び同装置を搭載した被撮像物移動装置並びに撮像方法を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために本発明は、相対的に移動する被撮像物を複数の照明条件下で撮像可能な撮像装置であって、被撮像物に対して複数の方向から光を照射可能な照明手段と、上記移動方向と交差する方向に沿って、相対移動に対応して所定回数走査して被撮像物を撮像可能なラインセンサと、ラインセンサによる被撮像物の撮像のための所定回数の走査中、上記複数の照明方向から少なくとも一つ以上の照明方向を選択して光を照射させる複数の照明条件を適宜切換えるように、この照明条件に対応して選択される照明方向の光の照射タイミングとラインセンサの走査タイミングとを制御する撮像制御手段と、撮像した画像から上記各照明条件に応じた複数の画像を抽出する画像処理手段とを備えていること（請求項１）を特徴とするものである。

上記照明手段は、被撮像物を境としてラインセンサ側に配置され、被撮像物へ向かう光を照射する反射用照明手段と、被撮像物を境として反ラインセンサ側に配置され、被撮像物の背面側からラインセンサ側へ向かう光を照射する透過用照明手段とを備え、上記撮像制御手段は、ラインセンサの上記所定回数の走査中に反射用照明手段と透過用照明手段とを適宜切換えて点灯させるように構成されていること（請求項２）が好ましい。

上記照明手段は、被撮像物を境としてラインセンサ側に配置され、被撮像物へ向かう光を照射する反射用照明手段と、ラインセンサの光軸と略直交する被撮像物の側方位置から当該被撮像物へ向かう光を照射する側方照明手段とを備え、上記撮像制御手段は、ラインセンサの上記所定回数の走査中に反射用照明手段と側方照明手段とを適宜切換えて点灯させるように構成されていること（請求項３）が好ましい。

上記照明手段は、被撮像物を境として反ラインセンサ側に配置され、被撮像物の背面側からラインセンサ側へ向かう光を照射する透過用照明手段と、ラインセンサの光軸と略直交する被撮像物の側方位置から当該被撮像物へ向かう光を照射する側方照明手段とを備え、上記撮像制御手段は、ラインセンサの上記所定回数の走査中に透過用照明手段と側方照明手段とを適宜切換えて点灯させるように構成されていること（請求項４）が好ましい。

上記照明手段は、被撮像物を境としてラインセンサ側に配置され、互いに異なる方向から被撮像物へ向かう光を照射する複数の反射用照明手段を備え、上記撮像制御手段は、ラインセンサの上記所定回数の走査中に上記複数の反射用照明手段を適宜切換えて点灯させるように構成されていること（請求項５）が好ましい。

上記照明手段は、被撮像物を境としてラインセンサ側に配置され、被撮像物へ向かう光を照射する反射用照明手段と、被撮像物を境として反ラインセンサ側に配置され、被撮像物の背面側からラインセンサ側へ向かう光を照射する透過用照明手段と、ラインセンサの光軸と略直交する被撮像物の側方位置から当該被撮像物へ向かう光を照射する側方照明手段とを備え、上記撮像制御手段は、ラインセンサの上記所定回数の走査中に反射用照明手段、透過用照明手段及び側方照明手段を適宜切換えて点灯させるように構成されていること（請求項６）が好ましい。

また、本発明は、相対的に移動する被撮像物を複数の照明条件下で撮像可能な撮像装置であって、被撮像物に対して複数の色の光を照射可能な照明手段と、上記移動方向と交差する方向に沿って、相対移動に対応して所定回数走査して被撮像物を撮像可能なラインセンサと、ラインセンサによる被撮像物の撮像のための所定回数の走査中、被撮像物に対して特定の色の光を適宜切換えて照射させるように、上記照明手段の光の色及び照射タイミングとラインセンサの走査タイミングとを制御する撮像制御手段と、撮像した画像から上記各照明色に応じた複数の画像を抽出する画像処理手段とを備えていること（請求項７）を特徴とするものである。

ラインセンサによる上記所定回数の走査中、その走査毎に上記複数の照明条件を順次切換えるように構成されていること（請求項８）が好ましい。

本発明の別の態様は、上記撮像装置と、被撮像物を搬送する搬送手段とを備えていること（請求項９）を特徴とする被撮像物移動装置である。

この被撮像物移動装置は、被撮像物としての部品を搬送してプリント基板上へ実装する搬送手段としてのヘッドユニットを備え、ヘッドユニットによる部品搬送中に上記撮像装置による撮像を行うようにした表面実装機であること（請求項１０）が好ましい。

上記被撮像物移動装置は、被撮像物としての部品を検査ソケットまで搬送する搬送手段としてのヘッドユニットを備え、ヘッドユニットによる部品搬送中に上記撮像装置による撮像を行うようにした部品試験装置であること（請求項１１）が好ましい。

本発明の撮像装置によれば、撮像制御手段を備えているため、例えば、被撮像物の検知対象となる部位が２個所ある場合には、ラインセンサの走査毎に２種の照射方向の光を交互に照射させることができる。そのため、上記例においては、一方の検知対象となる部位が映し出された撮像ラインと、他方の検知対象となる部位が映し出された撮像ラインとが交互に配置された画像を１台のラインセンサを通過する被撮像物に対して各照明条件下で個別に撮像し、その画像から画像処理手段により異なる照明条件下における２種類の画像を抽出することができる。

また、複数の被撮像物を撮像する複数のラインセンサと、各ラインセンサ毎に被撮像物に対して複数の方向から光を照射可能な複数の照明手段と、各ラインセンサ毎に所定回数の走査中に複数の照明条件を適宜切換えるように制御する一つあるいは複数の撮像制御手段と、各ラインセンサ毎に撮像した画像から上記各照明条件に応じた複数の画像を抽出する一つあるいは複数の画像処理手段とから撮像装置を構成すると、効率的に多数種の領域毎、部分毎に要求される画像の種類が異なる場合でも、少ない相対移動で領域あるいは部分に対応した複数種類の画像（領域毎、部分毎に独立の画像、あるいは共通する画像の種類を有する複数の領域あるいは部分からなる画像）を抽出することができる。

請求項２の撮像装置によれば、反射用照明手段により被撮像物の表面を映し出した画像と、透過用照明手段により被撮像物の輪郭を映し出した画像とを個別に少ない相対移動によって撮像することができる。

請求項３の撮像装置によれば、反射用照明手段により被撮像物の表面を映し出した画像と、側方照明手段により被撮像物の表面に形成された突起（例えば、電子部品のバンプ）等を映し出した画像とを個別に少ない相対移動によって撮像することができる。

請求項４の撮像装置によれば、透過用照明手段により被撮像物の輪郭を映し出した画像と、側方照明手段により被撮像物の表面に形成された突起等を映し出した画像とを個別に少ない相対移動によって撮像することができる。

また、請求項５の撮像装置によれば、少ない相対移動で複数種類の異なる反射画像を撮像することができる。

請求項６の撮像装置によれば、少ない相対移動で被撮像物の輪郭を映し出した画像、被撮像物の表面を映し出した画像、さらに被撮像物の表面に形成された突起等を映し出した画像を得ることができる。

また、本発明の撮像装置によれば、撮像制御手段を備えているため、例えば、ラインセンサの走査毎に赤、緑、青の三色の光を順次照射させることにより、ラインセンサを通過する被撮像物を各色の照明条件下で個別に撮像することができ、撮像された画像から画像処理手段により異なる照明条件下における３種類の画像を抽出することができる。これらの画像を合成すれば、被撮像物のカラー画像を形成することができるため、カラー画像を撮像するためにカラーフィルタを有するラインセンサを別途設けることが不要となり、装置のコストを低減させることができる。

請求項８の撮像装置によれば、ラインセンサの画素毎に照明条件を制御する場合と比較して、照明条件を制御するための情報量を低減させることができるため、この情報を記憶する記憶資源を節約することができるとともに、処理工数を減らして撮像処理を高速化することができる。

請求項９の被撮像物移動装置によれば、上記撮像装置により複数の照明条件下で個別に撮像された画像に基づいて被撮像物の形状確認や位置補正等を行いつつ、当該被撮像物を目的地まで搬送することができる。

請求項１０の表面実装機によれば、上記撮像装置により複数の照明条件下で個別に撮像された画像に基づいて部品の形状確認や位置補正等を行いつつ、当該部品をプリント基板へ実装することができる。

請求項１１の部品試験装置によれば、上記撮像装置により複数の照明条件下で個別に撮像された画像に基づいて部品の形状確認や位置補正等を行いつつ、当該部品を検査ソケットまで搬送することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。

図１及び図２は、本発明に係る撮像装置が搭載される表面実装機（本発明に係る表面実装機）を概略的に示している。同図に示すように、実装機の基台１上には、プリント基板搬送用のコンベア２が配置され、プリント基板３がこのコンベア２上を搬送されて所定の装着作業位置で停止されるようになっている。

上記コンベア２の両側には、部品供給部４、５が配置されている。これらの部品供給部４、５のうち一方側（図１では上側）の部品供給部４にはＸ軸方向に多数列のテープフィーダー４ａが設けられている。各テープフィーダー４ａは、各々、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるように構成されており、後述のヘッドユニット６により部品が間欠的に取り出されるようになっている。一方、他方側の部品供給部５には、Ｘ軸方向に所定の間隔を隔ててトレイ５ａ、５ｂがセットされている。各トレイ５ａ、５ｂには、各々QFP(Quad Flat Package)やBGA(Ball Grid Array)等のパッケージ型の部品が整列して載置されており、ヘッドユニット６による取出しが可能な状態となっている。

上記基台１の上方には、部品装着用のヘッドユニット６が装備されている。このヘッドユニット６は、部品供給部４、５とプリント基板３が位置する部品装着部とにわたって移動可能とされ、Ｘ軸方向（コンベア２の搬送方向）及びＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）に移動することができるようになっている。

すなわち、基台１上には、Ｙ軸方向の固定レール７と、Ｙ軸サーボモータ９により回転駆動されるボールねじ軸８とが配設され、上記固定レール７上にヘッドユニット支持部材１１が配置されて、この支持部材１１に設けられたナット部分１２が上記ボールねじ軸８に螺合している。また、上記支持部材１１には、Ｘ軸方向のガイド部材１３と、Ｘ軸サーボモータ１５により駆動されるボールねじ軸１４とが配設され、上記ガイド部材１３にヘッドユニット６が移動可能に保持され、このヘッドユニット６に設けられたナット部分（図示せず）が上記ボールねじ軸１４に螺合している。そして、Ｙ軸サーボモ−タ９の作動により上記支持部材１１がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作動によりヘッドユニット６が支持部材１１に対してＸ軸方向に移動するようになっている。

上記ヘッドユニット６には、部品吸着用のノズル１６ａを先端に備えた複数のヘッド１６が設けられている。このヘッド１６は、ヘッドユニット６のフレームに対して昇降（Ｚ軸方向の移動）及びノズル中心軸（Ｒ軸：図示せず）回りの回転が可能とされ、図外のＺ軸サーボモータ等の昇降駆動手段及びＲ軸サーボモータ等の回転駆動手段により作動されるようになっている。なお、本実施形態では、ノズル１６ａが６本配設された構成を示している。

また、ヘッドユニット６には、各ノズル１６ａに吸着された部品に対して光を照射する透過用照明手段１７が設けられている。この透過用照明手段１７は、ヘッドユニット６の下面に固定された複数のＬＥＤ１７ａと、これらＬＥＤ１７ａを下方で被覆するように配置された拡散板１７ｂとを備え、各ＬＥＤ１７ａの照射光を部品の背面側（上方）から基台１側へ照射するようになっている。なお、上記拡散板１７ｂには、上記各ノズル１６ａの途中部がＺ軸方向移動及びＲ軸回りの回転が許容されるように挿通している。

さらに、上記基台１上であって、上記トレイ５ａ、５ｂの間には、部品供給部４、５から取出された部品を実装に先立って画像認識するための撮像装置１８が設けられている。

撮像装置１８は、基台１上に固定的に配設されており、図３に示すように、ヘッド１６に吸着された部品Ｃを撮像するカメラ３０と、部品撮像用の照明を与える照明ユニット３１とを備えている。以下、平面視略正方形の本体Ｈとこの本体Ｈの下面に形成された複数のバンプＢｕとを備えた部品Ｃを撮像する場合について説明する。

カメラ３０は、複数の撮像素子が一列に並ぶラインセンサを備えたカメラで、撮像素子がＹ軸方向に並ぶように基台１上に配置されており、撮像素子の配列方向（主走査方向）と直交する方向（副走査方向；Ｘ軸方向）にヘッドユニット６を移動させることにより、各ヘッド１６に吸着されている部品をその下側から撮像するようになっている。

照明ユニット３１は、カメラ３０の上方に設けられており、ユニット３１の上部中央に配置される漏斗状照明手段３２ａ、同ユニット３１の内側部に配置される反射用照明手段３２ｂ、同ユニット３１の上部であって漏斗状照明手段３２ａの外側に配置される側方照明手段３２ｃの３種類の照明手段を備えている。

漏斗状照明手段３２ａは、同図に示すように中央に開口部を有し、上方へ向けて先広がりとなる漏斗形のフレームの内面に複数のＬＥＤ３３を備え、これらＬＥＤ３３を点灯させることにより撮像装置１８の上方にある吸着部品Ｃに対してその下側から斜め方向に光を照射するように構成されている。また、漏斗状照明手段３２ａには、図４に示すように、４つの照明エリア３３ａ〜３３ｄがカメラ３０の光軸回りで９０°毎に区画されている。これら照明エリア３３ａ〜３３ｄは、それぞれを１つの区分として、個別に点灯／消灯可能に構成されている。

反射用照明手段３２ｂは、上記漏斗状照明手段３２ａの下側に配置されており、光源として横向きに並ぶ複数のＬＥＤ３４とハーフミラー３５とを有している。そして、前記ＬＥＤ３４からの光をハーフミラー３５で９０°屈折させることにより撮像装置１８上方にある吸着部品Ｃに対してその真下から上記カメラ３０の光軸と平行する方向へ光を照射するように構成されている。

側方照明手段３２ｃは、漏斗状照明手段３２ａを取り囲むように複数のＬＥＤ３６を内向きに備えており、これらＬＥＤ３６を点灯させることにより、撮像装置１８上方にある吸着部品Ｃに対してその側方から照明光を照射するように構成されている。

ところで、上述した実装機には、図５に示すように、論理演算を実行するＣＰＵ６１、そのＣＰＵ６１による制御プログラムなどを予め記憶するＲＯＭ６２及び様々なデータを一時的に記憶するＲＡＭ６３等から構成される制御手段６０が設けられており、前記サーボモータ９、１５、ヘッドユニット６又は撮像装置１８等は、全てこの制御手段により統括的に制御されることにより、予め記憶されたプログラムに従って一連の部品実装動作が実行されるようになっている。

ＣＰＵ６１は、部品に対する光の照射方向の数及び、それに応じたカメラ３０の走査回数を設定して、撮像タイミング及び照明点灯タイミングを制御する撮像制御手段６１ａを備え、さらにカメラ３０により撮像された画像から各照明方向に応じた画像を抽出する画像処理手段６１ｂと、撮像対象となる部品によって後述の図９に示すような処理を行なうべく画像上の明度を検出する明度検出手段６１ｃと、明度の検出された各画像を後述の図１０に示すように合成する画像合成手段６１ｄとを備えている。

ＲＯＭ６２は、カメラ３０の撮像タイミング及び透過用照明手段１７又は照明ユニット３１の各照明手段３２ａ〜３２ｃの点灯タイミングを上記ＣＰＵ６１により制御させるために、例えば、図６に示すようなタイミングチャートを記憶している。

図６は、制御手段の制御の一例を示すタイミングチャートであり、（ａ）は透過−側方照明時のタイミング、（ｂ）は漏斗状照明手段３２ａによる照明時のタイミングをそれぞれ示している。

例えば、ヘッド１６に対する部品Ｃの位置ずれの検出及び、バンプＢｕの検知を行う場合には、上記透過用照明手段１７の光を照射して部品Ｃの輪郭を浮き上がらせた画像と、反射用照明手段３２ｂの光を照射してバンプＢｕの頂点付近を明るくした画像が必要となる。この場合、上記制御手段６０は、図６の（ａ）に示すように、カメラ３０の走査タイミング毎に透過用照明手段１７と側方照明手段３２ｃとを交互に点灯させるようになっている。このように撮像された画像は、図７に示すように、透過用照明手段１７による照明時に撮像された走査ラインと側方照明手段３２ｃによる照明時に撮像された走査ラインとが交互に配置されたものとなる。この画像において、略正方形の本体Ｈが長方形に映し出されているのは、上記撮像制御手段６１ａが予め規定された走査回数、すなわち、カメラ３０の走査方向の画素数に対応した副走査双方向における走査回数に対して照明手段の数量（透過用照明手段１７及び側方照明手段３２ｃ；２個）を乗じた数を走査回数として設定しているためである。

そして、画像処理手段６１ｂにより上記画像から透過用照明手段１７による照明時の撮像ラインと側方照明手段３２ｃによる照明時の撮像ラインとを個別に抽出した画像（走査ライン数を１／２にした画像）を得る。この画像は、図８の（ａ）及び（ｂ）に示すように、正規の走査回数で撮像された解像度を有するものとなる。なお、図８の（ａ）は、透過用照明手段１７による照明時における部品の像（本体Ｈの輪郭）を示しており、図８の（ｂ）は、側方照明手段３２ｃによる照明時における部品の像（バンプＢｕ）を示したものである。

また、部品Ｃの中には、上記表面が半球状のバンプＢｕと表面が平坦なパッドＰａとを備えたもの（図９参照）があり、このような部品ＣのバンプＢｕ高さを検知する場合には、バンプＢｕの像とパッドＰａの像とを区別するためにパッドＰａの像を省いた画像を得ることが好ましい。この場合、上記制御手段６０は、図６の（ｂ）に示すように、カメラ３０の走査タイミング毎に漏斗状照明手段３２ａの照明エリア３３ａ〜３３ｄを順次切換えて点灯させるようになっている。具体的に制御手段によりカメラ３０の撮像毎に照明エリア３３ａ、３３ｂ、３３ｃ、３３ｄが順に点灯し、これらが循環して点灯することとなる。このように撮像され、各照明エリア３３ａ〜３３ｄによる照明条件下毎の撮像ラインを個別に抽出した画像は、図９の（ａ）〜（ｄ）に示すように、バンプＢｕの頂点近傍でかつ、照明エリア３３ａ〜３３ｄの内で点灯しているものによる光の照射位置（点灯している照明エリア３３ａ〜３３ｄに向いた位置）が部分的に明るくされたものとなる。これら４枚の画像においては、それぞれ部品に対する同位置においてパッドＰａの下面が明るくされており（以下、明部と称す）、これら明部は上記明度検出手段６１ｃにより検出され、この明度検出手段６１ｃの検出結果に応じて上記画像合成手段６１ｄが各明部を暗くするように明度を変更する。つまり、排他的論理和に相当する論理演算処理により、上記４枚の画像の全てにおいて明部の部分と暗部の部分は暗くし、４枚の画像の中で一枚において明部となる部分は明るくするようにして各画像を合成することにより、バンプＢｕのみが明るくされた図１０のような合成画像Ｇ１が得られるようになっている。なお、図９の（ａ）〜（ｄ）の各画像が正規の解像度を有しているのは、上記撮像制御手段６１ａが予め設定された走査回数に対して照明手段の数量（各照明エリア３３ａ〜３３ｄ；４個）を乗じた数を走査回数として設定しているため、撮像された画像から各照明ライン３３ａ〜３３ｄに対応して抽出された画像（撮像ラインを１／４にした画像）の撮像ラインの数量が正規のものとなるためである。

上記のように撮像制御手段６１ａは、部品Ｃの輪郭、バンプＢｕ又はパッドＰａ等、検知対象となる部位に応じて照射方向の異なる各照明手段１７、３３ａ〜３３ｃを選択的に照射させるとともに、これら照明手段１７、３３ａ〜３３ｃの照射タイミング及びカメラ３０の撮像タイミングを制御し、さらにカメラ３０の走査回数に対して選択された各照明手段１７、３３ａ〜３３ｃの数量を乗じた数を走査回数として設定するようになっている。なお、上記の例では、透過用照明手段１７と側方照明手段３２ｂとを交互に点灯させる場合及び、漏斗状照明手段３２ａの照明エリア３３ａ〜３３ｄを順次点灯させる場合について説明しているが、これに限定されることはなく、反射用照明手段３２ｃと透過用照明手段１７、反射用照明手段３２ｃと側方照明手段３２ｂ又は、透過用照明手段１７と側方照明手段３２ｂのそれぞれを順次切換えて点灯させるようにすることも可能である。さらに、漏斗状照明手段３２ａにおける各照明エリア３３ａ〜３３ｄを全て点灯させた状態と反射用照明手段３２ｃを点灯させた状態とを交互に切換える構成とすることも可能である。

なお、上記の例では漏斗状照明手段３２ａを４つのエリアに分割しているが、その分割の形状は例示したＸ形状だけでなく、十字形状とすることも可能であり、さらに分割数を４より減らしたりあるいは増やしたりすることも可能である。また、分割は各領域が不等分である構成も可能である。さらに、上記例では漏斗状照明手段３２ａを分割しているが、漏斗状照明手段３２ａに限らず側方照明手段３２ｂを適宜分割して上記の制御及び撮像を行うことも可能である。

また、上記撮像装置１８では、それぞれ照射方向の異なる照明光を照射する各照明手段１７、３２ａ〜３２ｃを採用しているが、これに限定されることはなく、例えば、複数の色の照明光を照射可能な照明手段を備える構成とすることができる。この場合、上記撮像制御手段６１ａは、カメラ３０の走査毎に異なる色の光を順次照射するように、カメラ３０の撮像タイミング及び照明手段の照射タイミングを制御することとなる。なお、この構成でも、カメラ３０の走査回数に対して選択された照明手段の色の数量を乗じた数を走査回数として設定するように撮像制御手段６１ａを構成することが好ましく、この走査回数で撮像され、照明色毎に撮像ラインが抽出された画像は、上記同様に正規の走査回数で撮像された解像度を有するものとなる。

以下、図１１のフローチャートに従って、上記制御手段の制御に基づく実装機の実装動作の一例について説明する。

ヘッドユニット６の各ノズル１６ａにより部品供給部４、５から部品Ｃが吸着され（ステップＳ１）、このヘッドユニット６が撮像手段１８上を通過するときに部品認識処理が行なわれる（ステップＳ２）。この部品認識処理Ｓ２としては、図１２に示されるように、まず、ヘッドユニット６を予め設定された基台１上の待機位置まで移動させ（ステップＳ２１）、撮像手段１８側への移動を開始させる（ステップＳ２２）。次いで、次の撮像対象となる部品Ｃに設定された照明条件には、複数の照明条件が設定されているか否かが判定され（ステップＳ２３）、ここで、単独の照明条件（通常照明）であると判定されると（ステップＳ２３でＮＯ）、予め設定された照明手段を点灯させるとともにカメラ３０の走査を開始する（ステップＳ２４）。一方、複数の照明条件であると判定されると（ステップＳ２３でＹＥＳ）、予め設定された複数の照明手段をカメラ３０の走査毎に切換えつつ、部品Ｃの撮像を開始する（ステップＳ２５）。次いで、ステップＳ２４、Ｓ２５で開始された部品Ｃの撮像が終了したか否かが判定され（ステップＳ２６）、終了していない場合（ステップＳ２６でＮＯ）には、繰り返しステップＳ２６を実行する。一方、部品Ｃの撮像が終了したと判定されると（ステップＳ２７でＹＥＳ）、各ノズル１６ａに吸着された全ての部品Ｃの撮像が終了したか否かが判定され（ステップＳ２７）、ここで未撮像の部品Ｃがあると判定されると（ステップＳ２７でＮＯ）、繰り返しステップＳ２３を実行する一方、全ての部品Ｃの撮像が終了した場合には、当該処理が図１１のステップＳ３へ移行する。

そして、上記部品認識処理で撮像された画像に基づいてバンプＢｕの高さ不良や部品Ｃの表面状態の不良等があるか否かが検出され（ステップＳ３）、ここで不良があると判定されると（ステップＳ３でＮＯ）、当該部品Ｃを廃棄対象として登録して（ステップＳ４）、後述のステップＳ７ヘ移行する。一方、部品Ｃが良品であると判定されると（ステップＳ３でＹＥＳ）、部品Ｃの輪郭が映し出された画像に基づいてヘッド１６に対する部品Ｃの位置ずれ（回転方向のずれも含む）が検出され、この検出結果に応じて実装位置の補正値が算出される（ステップＳ５）。補正値が算出されると、この補正値に応じてヘッドユニット６の移動量を調整しつつ、当該部品Ｃをプリント基板３に実装する（ステップＳ６）。次いで、ヘッドユニット６の各ノズル１６ａに吸着された全ての部品Ｃが実装された又はステップＳ３の廃棄対象として登録されたか否か、すなわち各ノズル１６ａに吸着された部品Ｃが処理済みであるか否かが判定され（ステップＳ７）、ここで未処理の部品Ｃがあると判定されると（ステップＳ７でＮＯ）、上記ステップＳ３を繰り返し実行する。一方、各部品Ｃが処理済みであると判定されると（ステップＳ７でＹＥＳ）、廃棄対象に登録された全ての部品Ｃを図略の不良品収容箱へ搬送して（ステップＳ８）、実装対象となる全ての部品Ｃがプリント基板３に対して実装されたか否かが判定される（ステップＳ９）。ここで、未実装の部品Ｃがあると判定されると（ステップＳ９でＮＯ）、上記ステップＳ１を繰り返し実行する一方、全ての実装対象が実装されたと判定されると（ステップＳ９でＹＥＳ）、当該処理を終了する。

なお、上記実施形態では、撮像装置１８を表面実装機に搭載した構成について説明したが、これに限定されることはなく、例えば、ＩＣチップ等の電子部品を検査する部品試験装置４０に搭載することも可能である。

図１３は、本発明に係る撮像装置が搭載された部品試験装置４０を示す平面図である。なお、図中には、方向性を明確にするためにＸ軸、Ｙ軸を示している。

図１３に示すように、部品試験装置４０の基台４１には、ベアチップがダイシングされた状態のウェハＷａを上下多段に収納したカセット４２を装着可能なカセット設置部４３が設けられている。このカセット設置部４３に装着されたカセット４２は、図略の搬送機構により基台４１に形成された開口部４４の下方位置に搬送され、この位置でベアチップがヘッド４５によって取上げられる。ヘッド４５は、基台４１上でＹ軸方向に延びるレール４６に沿って、上記開口部４４から部品待機部４７までベアチップを搬送するようになっている。部品待機部４７は、基台４１上でＸ軸方向に延びる一対のレール４８間に配置され、この部品待機部４７に搬送されたベアチップは、各レール４８に沿って駆動する一対のヘッドユニット４９、５０により基台４１上の検査ソケット５１まで搬送され、所定の検査が実行されることとなる。

このような部品検査装置４０において、上記基台４１上には、部品待機部４７と検査ソケット５１との間に撮像装置１１８、２１８が設けられている。なお、図では省略しているが、撮像装置１１８、２１８に対応して各ヘッドユニット４９、５０には、上記透過用照明手段１７（図２参照）がそれぞれ設けられ、また、撮像装置１１８、２１８には、例えば図３のようなカメラ３０、そして照射方向の異なる光を切換え可能な照明ユニット３１が設けられている。

上記撮像装置１１８、２１８は、部品待機部４７から検査ソケット５１まで搬送されるベアチップの不良（例えば、バンプの高さ不良）を検知し、ここで不良品であると検知されたベアチップは、ヘッドユニット４９、５０により基台４１上の不良品回収部５２に載置された不良品用トレイ５３に搬送される。これに加えて、上記撮像装置１１８、２１８は、ヘッドユニット４９、５０に対するベアチップの姿勢を検知し、ここでヘッドユニット４９、５０に対して位置ずれしていると検知されたベアチップは、当該ヘッドユニット４９、５０により位置補正が実行された後、検査ソケット５１へ搬送される。

そして、検査ソケット５１における検査の結果、不良品であると判定されたベアチップは、各ヘッドユニット４９、５０により上記不良品用トレイ５３に搬送される一方、良品であると判定されたベアチップは、各ヘッドユニット４９、５０により基台４１上の部品収納部５４まで搬送されるとともに、この部品収納部５４において、テープフィーダー用のベーステープ５５内に収容され、このベーステープ５５に図略のカバーテープが張付けられることとなる。

なお、不良品回収部５２の不良品用トレイ５３が満載状態になると、そのトレイ５３が図外のトレイ移動機構によりトレイ排出部５６に移送されるとともに、不良品回収部５２に隣接したトレイ待機部５７にあるトレイ５８がヘッドユニット４９、５０により不良品回収部５２に移送され、かつ、図外のトレイ移動機構によりトレイ待機部５７に空トレイ載置部５９から空トレイが移送されるようになっている。

また、上記各実施形態では、撮像装置１８を表面実装機及び部品試験装置４０の基台上に配置した構成について説明したが、これに限定されることはなく、例えば、撮像装置１８を部品搬送用のヘッドユニットに対して相対変位可能に取り付けた構成とすることも可能である。

図１４は、本発明に係る撮像装置が搭載された部品搬送用のヘッドユニットを概略的に示す側面図である。なお、図中には、方向性を明確にするためにＸ軸、Ｙ軸を示している。

図１４に示すように、部品搬送用のヘッドユニット３０６は、上下に延びるベース３０７と、このベース３０７の前面に対して取り付けられたヘッド３０８と、上記ベース３０７の背面に対してＸ軸方向に変位可能に取り付けられた撮像ユニット３０９とを備えている。ヘッド３０８は、上記各実施形態と同様にヘッドユニット３０６のフレームに対して昇降及びノズル中心軸回りの回転が可能とされている。撮像ユニット３０９は、上記ベース３０７に対して取り付けられるフレーム３１０と、このフレーム３１０に配設された撮像装置３１８とを備えている。

撮像装置３１８は、ラインセンサからなるカメラ３３０と、このカメラ３３０が撮像可能となるように吸着部品の像を反射するミラー３３１と、吸着部品の側方を照明する側方照明手段３３２ｃと、吸着部品を下方から照明する反射用照明手段３３２ｂとを備えている。

カメラ３３０は、上記各実施形態と同様に撮像素子がＹ軸方向に並ぶようにフレーム３１０に配置され、当該フレーム３１０をヘッド３０８に対してＸ軸方向へ移動させることにより、ヘッド３０８に吸着されている部品をその下側から撮像するようになっている。側方照明手段３３２ｃは、Ｘ軸方向で相対向して配置された複数のＬＥＤ３３６を内向きに備え、吸着部品に対してその側方から照明光を照射するように構成されている。反射用照明手段３３２ｂは、横向きに並ぶ複数のＬＥＤ３３４とハーフミラー３３５とを有し、上記反射用照明手段３２ｂと同様にカメラ３０の光軸と平行する方向へ光を照射するようになっている。

以上のように構成されたヘッドユニット３０６は、撮像ユニット３０９をベース３０７に対して移動させ、カメラ３３０の撮像毎に側方照明手段３３２ｃと反射用照明手段３３２ｂとを交互に切換えて照射することにより、これら各照明条件下における吸着部品を個別に撮像することができる。

なお、上記撮像装置１８、１１８、２１８、３１８は、実装機及び部品検査装置以外の各種装置に適用可能であり、例えば、部品実装後の基板を検査する検査装置に適用することも可能である。すなわち、上記実装機のコンベア２により所定の作業位置に搬入された基板に対して、基板表面を撮像可能な撮像装置を備えたヘッドユニットを相対的に移動させながら、前記撮像装置により基板を撮像してその画像に基づいて当該基板を検査する装置が従来から周知であるが、例えば、その撮像装置として上記実施形態のような撮像装置１８、１１８、２１８、３１８を搭載することもできる。このような検査装置によると、例えば、複数の照射角度を有する照明光を照射しつつ、これら照明条件下で個別に撮像しないと基板に実装された部品の形状を検知することができない場合に、上記撮像装置１８、１１８、２１８、３１８を用いて確実に部品を検知することができる。

以上説明したように、上記撮像装置１８、１１８、２１８、３１８によれば、撮像制御手段６１ａを備えているため、例えば、部品Ｃの検知対象となる部位が２個所ある場合には、カメラ３０の走査毎に２種類の照射方向の光を交互に照射させることができる。そのため、上記例においては、一方の検知対象となる部位が映し出された撮像ラインと、他方の検知対象となる部位が映し出された撮像ラインとが交互に配置された画像を１台のカメラ３０を通過する部品Ｃに対して各照明条件下で個別に撮像し、その画像から画像処理手段６１ｂにより異なる照明条件下における２種類の画像を抽出することができる。

反射用照明手段３２ｂと透過用照明手段１７とを備えた構成によれば、反射用照明手段３２ｂにより部品Ｃの表面を映し出した画像と、透過用照明手段１７により部品Ｃの輪郭を映し出した画像とを個別に撮像することができる。

反射用照明手段３２ｂと側方照明手段３２ｃとを備えた構成によれば、反射用照明手段３２ｂにより部品Ｃの表面を映し出した画像と、側方照明手段３２ｃにより部品Ｃの表面に形成されたバンプＢｕ等を映し出した画像とを個別に撮像することができる。

なお、部品Ｃが四角形の場合の輪郭は、ヘッドユニット６の移動に伴い複数回（例えば、５０回とか１００回）の主走査の内、最初と最後のそれぞれ少数回の操作中は透過用照明手段１７を点灯させ、中間の多数回の走査中は側方照明手段３２ｂや反射用照明手段３２ｃを点灯させるようにして撮像してもよい。あるいは、透過用照明手段１７を点灯させながらカメラ３０が画像を取り込むのをａ、側方照明手段３２ｂを点灯させながらカメラ３０が画像を取り込むのをｂ、反射用照明手段３２ｃを点灯させながらカメラ３０が画像を取り込むのをｃとするとき、走査毎にａ、ｂ、ｂ、ｂ、ｃ、ｃを繰り返すようにしてもよい。さらには、一回の操作中にＹ方向に並ぶ撮像素子が順次画像を取り込むタイミングに合せて、ａ、ａ、ａ、ｂ、ｂ・・・、ｂ、ａ、ａ、ａと撮像してもよい。これは、Ｘ軸方向及びＹ軸方向の撮像座標に対応して、どの照明手段を点灯させるかのデータを撮像制御手段６１ａのＲＡＭ６３に予め記憶させておき、ヘッドユニット６の移動に伴うどの走査回数にあるのか、さらにカメラ３０の撮像素子が順次画像を取り込むタイミングに合せて、上記記憶されたデータに対応する照明手段を点灯させることで可能となる。さらに、上記の説明では、ａ、ｂ、ｃをそれぞれ照明条件として説明しているが、これに限定することはなく、例えば、透過用照明手段１７と側方照明手段３２ｂとを点灯させた状態（ａ＋ｂ）、反射用照明手段３２ｃと側方照明手段３２ｂとを点灯させた状態（ｂ＋ｃ）をそれぞれ照明条件として設定して、走査ライン毎又は画素毎にこれらを順次切換えるようにしてもよい。

また、１個のカメラ３０のみではなく複数のカメラ３０により同時又は時間をずらして撮像する場合には、各カメラ３０により撮像される被撮像物のそれぞれに対して複数の方向から光を照射可能な複数の照明手段を設け、各カメラ３０毎に所定回数の操作中に複数の照明条件を適宜切換えるように各照明手段１７、３２ａ〜３２ｃの照射タイミングと各カメラ３０の走査タイミングとを制御するように撮像制御手段６１ａを構成すればよい。この場合、各カメラ３０毎に撮像した画像から上記各照明条件に応じて複数の画像（但し、それぞれ異なる所定の座標に相当する撮像画素から構成される画像）を抽出する一つあるいは複数の画像処理手段６１ｂを設けてもよい。

また、複数の色の光を照射可能な照明手段を備えた撮像装置によれば、撮像制御手段６１ａを備えているため、例えば、カメラ３０の走査毎に赤、緑、青の三色の光を順次照射させることにより、１台のカメラ３０を通過する部品Ｃを各色の照明条件下で個別に撮像することができ、撮像された画像から画像処理手段により異なる照明条件下における３種類の画像を抽出することができる。これらの画像を合成すれば、部品Ｃのカラー画像を形成することができるため、カラー画像を撮像するためにカラーフィルタを有するラインセンサを別途設けることが不要となり、装置のコストを低減させることができる。

本発明の実施形態に係る撮像装置が搭載された表面実装機を概略的に示す平面図である。図１の表面実装機の一部を省略して示す正面図である。図１の撮像装置を概略的に示す断面一部略図である。漏斗状照明手段の照明エリアを示す平面図である。図１の表面実装機の制御手段の電気的構成を示すブロック図である。撮像装置による照明及び撮像タイミングを示すタイミングチャートである。透過用照明手段及び側方照明手段による照明時の撮像画像を示す図である。図６の画像を照明条件毎に抽出した画像図であり、（ａ）は透過用照明手段による照明時の画像、（ｂ）は側方照明手段による照明時の画像をそれぞれ示している。漏斗状照明手段における照明エリアの点灯個所と、この個所に対応するバンプ及びパッドの画像を模式的に示した図である。図８の各画像を合成することにより得られる画像を示した図である。表面実装機の制御手段による実装制御動作を示すフローチャートである。図１１の部品認識処理における動作を示すフローチャートである。本発明の実施形態に係る撮像装置が搭載された部品試験装置を概略的に示す平面図である。本発明の別の実施形態に係る撮像装置が搭載されたヘッドユニットを概略的に示す側面図である。

符号の説明

１７透過用照明手段
１８、１１８、２１８、３１８撮像装置
３０カメラ
３２ａ漏斗状照明手段
３２ｂ反射用照明手段
３２ｃ側方照明手段
４０部品試験装置
６１ａ撮像制御手段
６１ｂ画像処理手段

Claims

相対的に移動する被撮像物を複数の照明条件下で撮像可能な撮像装置であって、
被撮像物に対して複数の方向から光を照射可能な照明手段と、
上記移動方向と交差する方向に沿って、相対移動に対応して所定回数走査して被撮像物を撮像可能なラインセンサと、
ラインセンサによる被撮像物の撮像のための所定回数の走査中、上記複数の照明方向から少なくとも一つ以上の照明方向を選択して光を照射させる複数の照明条件を適宜切換えるように、この照明条件に対応して選択される照明方向の光の照射タイミングとラインセンサの走査タイミングとを制御する撮像制御手段と、
撮像した画像から上記各照明条件に応じた複数の画像を抽出する画像処理手段とを備えていることを特徴とする撮像装置。
上記照明手段は、被撮像物を境としてラインセンサ側に配置され、被撮像物へ向かう光を照射する反射用照明手段と、被撮像物を境として反ラインセンサ側に配置され、被撮像物の背面側からラインセンサ側へ向かう光を照射する透過用照明手段とを備え、上記撮像制御手段は、ラインセンサの上記所定回数の走査中に反射用照明手段と透過用照明手段とを適宜切換えて点灯させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
上記照明手段は、被撮像物を境としてラインセンサ側に配置され、被撮像物へ向かう光を照射する反射用照明手段と、ラインセンサの光軸と略直交する被撮像物の側方位置から当該被撮像物へ向かう光を照射する側方照明手段とを備え、上記撮像制御手段は、ラインセンサの上記所定回数の走査中に反射用照明手段と側方照明手段とを適宜切換えて点灯させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
上記照明手段は、被撮像物を境として反ラインセンサ側に配置され、被撮像物の背面側からラインセンサ側へ向かう光を照射する透過用照明手段と、ラインセンサの光軸と略直交する被撮像物の側方位置から当該被撮像物へ向かう光を照射する側方照明手段とを備え、上記撮像制御手段は、ラインセンサの上記所定回数の走査中に透過用照明手段と側方照明手段とを適宜切換えて点灯させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
上記照明手段は、被撮像物を境としてラインセンサ側に配置され、互いに異なる方向から被撮像物へ向かう光を照射する複数の反射用照明手段を備え、上記撮像制御手段は、ラインセンサの上記所定回数の走査中に上記複数の反射用照明手段を適宜切換えて点灯させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
上記照明手段は、被撮像物を境としてラインセンサ側に配置され、被撮像物へ向かう光を照射する反射用照明手段と、被撮像物を境として反ラインセンサ側に配置され、被撮像物の背面側からラインセンサ側へ向かう光を照射する透過用照明手段と、ラインセンサの光軸と略直交する被撮像物の側方位置から当該被撮像物へ向かう光を照射する側方照明手段とを備え、上記撮像制御手段は、ラインセンサの上記所定回数の走査中に反射用照明手段、透過用照明手段及び側方照明手段を適宜切換えて点灯させるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
相対的に移動する被撮像物を複数の照明条件下で撮像可能な撮像装置であって、
被撮像物に対して複数の色の光を照射可能な照明手段と、
上記移動方向と交差する方向に沿って、相対移動に対応して所定回数走査して被撮像物を撮像可能なラインセンサと、
ラインセンサによる被撮像物の撮像のための所定回数の走査中、被撮像物に対して特定の色の光を適宜切換えて照射させるように、上記照明手段の光の色及び照射タイミングとラインセンサの走査タイミングとを制御する撮像制御手段と、
撮像した画像から上記各照明色に応じた複数の画像を抽出する画像処理手段とを備えていることを特徴とする撮像装置。
ラインセンサによる上記所定回数の走査中、その走査毎に上記複数の照明条件を順次切換えるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れかに記載の撮像装置。
請求項１乃至請求項８の何れかに記載の撮像装置と、被撮像物を搬送する搬送手段とを備えていることを特徴とする被撮像物移動装置。
被撮像物としての部品を搬送してプリント基板上へ実装する搬送手段としてのヘッドユニットを備え、ヘッドユニットによる部品搬送中に上記撮像装置による撮像を行うようにした表面実装機からなることを特徴とする請求項９に記載の被撮像物移動装置。
被撮像物としての部品を検査ソケットまで搬送する搬送手段としてのヘッドユニットを備え、ヘッドユニットによる部品搬送中に上記撮像装置による撮像を行うようにした部品試験装置からなることを特徴とする請求項９に記載の被撮像物移動装置。