JP2007048922A - 部品の画像取得方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品の厚さに関係なく、焦点の合った部品画像を取得できる部品の画像取得方法及び装置を提供する。
【解決手段】吸着ノズル１ａで吸着した部品３０が、撮像装置２０上方から撮像装置の合焦面Ｆ２に向けて下降され、部品の下面が、合焦面より所定距離Ｌ１上方にある検出面Ｆ１を通過したか否かが検出される。部品下面が検出面Ｆ１を通過後、吸着ノズルを更に所定距離Ｌ１下降させて停止させ、その停止位置で部品を撮像する。このような構成では、部品の厚さに関係なく、部品の被撮像面（下面）を撮像装置の合焦面に一致させて部品を撮像することができるので、部品の厚さが変わっても、常にピントの合った部品画像を取得でき、部品認識精度を向上させることができる。
【選択図】図３

Description

本発明は、回路基板に搭載される電子部品を撮像装置で撮像し、電子部品の画像を取得する部品の画像取得方法及び装置に関する。

電子部品（以下単に部品という）を回路基板上に実装する部品実装機では、部品供給装置から供給される部品を吸着ヘッドの吸着ノズルで吸着した後、吸着ヘッドを部品認識カメラ上に移動させて部品を撮像し、その画像を処理して部品の中心と傾きを検出し、吸着ずれを算出している。このように部品画像を処理して部品中心と傾きを検出する処理あるいは吸着ずれを検出する処理を部品認識と呼んでいる。部品実装機は、この部品認識により検出された吸着ずれを補正して、電子部品を基板の所定位置に搭載する。

上述した部品認識を正確に行うためには、部品に焦点を合わせて認識カメラで部品を撮像する必要がある。そのため、下記の特許文献１に記載された方法では、吸着ノズルに吸着された部品を、２枚の４５度反射ミラーを介して撮像手段で撮像し、そのとき、吸着ノズルの上昇を、第１ミラーに部品が衝突しない最小の上昇量とし、その上昇量に応じて焦点が合うよう撮像手段を上下移動させて部品像を取り込み、部品認識を行っている。

また、下記の特許文献２に記載の方法では、予め部品の厚みデータを登録し、この登録された部品の厚みに基づいて、装着ヘッドに吸着された部品の被計測面が画像入力装置の合焦点面にくるように、装着ヘッドを位置決めし、被計測面が常に焦点面に合うようにして部品認識を行っている。
特開平０５−２６７８９２号公報 特許第２８０１３３１号公報

しかしながら、特許文献１の方法では、焦点距離を調整するためにカメラ全体を移動させなければならず、そのため、搬送部重量が大きく、駆動部の大型化、動作速度が遅くなるといった問題や、カメラのケーブルなどが摺動動作に対応できるような対策を講じる必要があるなどの問題があった．
また、特許文献２の方法では、各ノズルの高さを部品により各々変更する必要があり、この場合デフォルト状態でのカメラ取付時の調整を行わないと、レンズの倍率が個々に微妙に違うため、認識精度に差が出るので、カメラ取付時の調整を厳密に行う必要があるという問題がある。また、この方法では、部品の仕様上の部品厚さデータからノズルの吸着面の高さを上方にオフセットさせて部品底面が認識高さに一致するようにしてから認識を行なうので、実装する個々の部品の厚みがばらつく場合には、認識高さもばらついてしまう、という問題があった。

本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、部品の厚さに関係なく、焦点の合った部品画像を取得できる部品の画像取得方法及び装置を提供することを課題とする。

本発明は、
吸着ノズルで吸着した部品を撮像装置で撮像し、部品の画像を取得する画像取得方法であって、
吸着ノズルを撮像装置上方から撮像装置の合焦面に向けて下降させ、
吸着ノズルで吸着された部品の下面が、前記合焦面より所定距離上方にある面を通過したか否かを検出し、
部品の下面が前記面を通過したことを検出した後、吸着ノズルを更に前記所定距離下降させて停止させ、その停止位置で部品を撮像することを特徴とする。

また、本発明は、
吸着ノズルで吸着した部品を撮像装置で撮像し、部品の画像を取得する画像取得装置であって、
撮像装置の合焦面より所定距離上方に検出面を有する位置センサと、
吸着ノズルを撮像装置の上方から合焦面に向けて下降させる手段とを備え、
吸着ノズルを下降させ、部品の下面が前記検出面を通過したことを検出した後、吸着ノズルを更に前記所定距離下降させて停止させ、その停止位置で部品を撮像することを特徴とする。

本発明では、部品の厚さに関係なく、部品の被撮像面（下面ないし底面）を撮像装置の合焦面に一致させて部品を撮像することができるので、部品の厚さが変わっても、常にピントの合った部品画像を取得でき、部品認識精度を向上させることができる。

以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１には、部品実装装置の概略が図示されており、同図において、複数の吸着ノズル１ａを備えた装着ヘッド１は、Ｘ軸方向に移動できるようにＸ軸ガントリ２に取り付けられ、またこのＸ軸ガントリ２はＹ軸方向に移動できるようにＹ軸ガントリ３に取り付けられる。これにより、装着ヘッド１は、Ｘ、Ｙ方向に移動でき、部品供給装置５から供給される電子部品を吸着ノズル１ａで吸着し、吸着された部品を回路基板６に搭載する。また、部品実装装置には、吸着ノズル１ａに吸着された部品の姿勢を認識する認識装置４が固定されている。なお、図１には、詳しく図示していないが、吸着ノズル１ａをＺ軸方向（上下方向）に移動させる機構と、θ軸（ノズル軸）を中心に回転させる機構を備えている。

図２には、部品実装機の制御系と認識装置の構成が図示されており、また図３には、認識装置の撮像部が図示されている。

部品実装装置はメイン制御装置１２を有し、そのＣＰＵ１２１は、部品実装装置全体の制御を行うもので、装着ヘッド１をＸ軸，Ｙ軸，Ｚ軸の各方向に移動させるＸ軸モータ１３，Ｙ軸モータ１４，Ｚ軸モータ１５の駆動を制御する。また、吸着ノズル１ａをθ軸を中心に回転させるθ軸モータ１６の駆動を制御する。

認識装置４の筐体２６の底部には、図３に詳細に示したように、ＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどレンズ２０ａを備えた撮像装置２０が配置されている。部品認識時、装着ヘッド１は、その吸着ノズル１ａが、撮像装置２０、レンズ２０ａの上方にくるように、位置決めされ、吸着ノズル１ａで吸着した部品３０が、撮像装置２０により撮像される。このとき、部品３０を照明するために、メイン制御装置１２の照明コントローラ１２２は、照明装置２１を点灯し、部品３０を照明する。

また、認識装置４は、撮像装置２０により撮像された部品３０の画像を処理する画像処理装置１１を有する。画像処理装置１１では、撮像装置２０から入力されるアナログの画像信号がＡ／Ｄ変換器１１１によりデジタル画像データに変換され、画像メモリ１１２に格納される。画像処理装置１１には、部品３０の形状や、部品寸法、リード幅、リードピッチ、リード長さなど位置決めのためのデータや、吸着位置、搭載位置などのデータを部品ごとに記憶する部品データ記憶部１１５が設けられている。

画像処理装置１１のＣＰＵ１１６は、メモリに記憶された部品認識プログラム１１４を読み出して実行し、画像メモリ１１２に格納された部品画像を処理し、部品中心と部品傾きを算出する。作業用メモリ１１３は、この画像処理時の作業用のメモリとして用いられる。

画像処理装置１１は、算出した中心位置と傾きから吸着ずれ量を求め、そのずれ量をインターフェース１１７を介してメイン制御装置１２に送信する。メイン制御装置１２は、このずれ量をＸ軸モータ１３、Ｙ軸モータ１４、θ軸モータ１６の駆動時に反映させ、吸着ずれを補正して部品３０を基板６上に搭載する。

本発明では、上述した部品認識時に、部品３０の下面ないし底面（被撮像面）を、撮像装置２０の合焦面に一致させ、部品３０にピントを正確に合わせて撮像するために、部品が所定位置を通過したことを検出する位置センサ２４が設けられる。位置センサ２４は、帯状のレーザ光（厚みがライン状でＸ−Ｙ面内で帯状に２次元な広がりを有するレーザ光）２４ｃを水平に投光するレーザ投光器２４ａと、このレーザ光を受光するレーザ受光器２４ｂからなる透過式のレーザセンサで、レーザ投光器２４ａとレーザ受光器２４ｂは、認識装置４の筐体２６の上部に取り付けけられた支持台２２と２３に、それぞれ固定される。吸着ノズル１ａが下降し、吸着ノズル１ａに吸着されている部品３０が、このレーザ光２４ｃを横切ると、レーザ光が遮光され、レーザ受光器２４ｂは、部品の下面がレーザ光を通過（遮光）したことを検出する。

従って、帯状のレーザ光２４ｃが投光される投光面は、部品下面の通過を検出する検出面Ｆ１を形成する。また、撮像装置２０の撮像面に共役な面で、ピントの合う物体面（以下合焦面という）Ｆ２が存在するので、検出面Ｆ１と合焦面Ｆ２の距離Ｌ１を予め計測しておき、これを、例えば部品データ記憶部１１５、あるいは他の記憶手段（不図示）に格納しておく。吸着ノズル１ａが下降して、部品３０の下面が検出面Ｆ１を通過後、該計測した距離Ｌ１だけ吸着ノズル１ａを下降させ、そこで停止させると、部品３０の下面は、撮像装置３０の撮像面と共役な位置（合焦面Ｆ２）にあり、鮮明な部品画像を取得することができる。

なお、メイン制御装置１２のレーザ発光制御部１２３は、上述したレーザ投光部２４ａのレーザ発光のオンオフを制御する。

このような構成で、撮像動作を図４を参照して説明すると、Ｘ軸モータ１３、Ｙ軸モータ１４を駆動させることにより、装着ヘッド１は、部品供給装置５の上方に移動して、吸着ノズル１ａで部品供給装置から供給される部品３０を吸着する。部品吸着後、装着ヘッド１は撮像装置２０の上方へ移動し、撮像装置２０上で、吸着ノズル１ａの軸心が撮像装置２０の撮像軸に一致する位置に、予め定められた高さで停止する（ステップＳ１）。

続いて、Ｚ軸モータ１５を駆動することにより、吸着ノズル１ａを下降させる（ステップＳ２）。吸着ノズル１ａに吸着された部品３０の下面が、レーザ投光器２４ａから投光されるレーザ光２４ｃを遮光すると、レーザ受光器２４ｂは、部品３０の下面が検出面Ｆ１を通過したことを検出するので（ステップＳ３の肯定）、それをメイン制御装置１２に返信する。そこで、メイン制御装置１２は、検出面の位置から距離Ｌ１だけさらに吸着ノズル１ａを下降させ、部品３０の下面が合焦面Ｆ２にきたところで吸着ノズル１ａの下降を停止させる（ステップＳ４、Ｓ５）。

吸着ノズル１ａの停止位置では、部品３０の下面は、撮像装置２０の撮像面と共役な面にあり、鮮明な部品画像を取得できるので、撮像を開始する（ステップＳ６）。

画像処理装置１１は、この撮像された部品の画像を処理し、部品中心と部品傾きを算出し、吸着ずれ量を求め、そのずれ量をメイン制御装置１２に送信する。メイン制御装置１２は、このずれ量をＸ軸モータ１３、Ｙ軸モータ１４、θ軸モータ１６の駆動時に反映させ、吸着ずれを補正して部品３０を基板６上に搭載する。

実施例１では、位置センサ２４は、認識装置４に対して定まった位置に取り付けられており、撮像装置と位置センサは、その位置関係が不変となっているが、図５に示す実施例では、位置センサとして、装着ヘッド１に取り付けられる部品認識用のレーザセンサ４０が用いられる。

このレーザセンサ４０は、帯状のレーザ光４０ｃを水平に投光するレーザ投光器４０ａと、この帯状のレーザ光を受光するレーザ受光器４０ｂからなる透過式のセンサで、レーザ投光器４０ａとレーザ受光器４０ｂは、装着ヘッド１に取り付けれた支持板４１、４２のガイドレール４１ａ、４２ａに沿ってメイン制御装置１２により制御される昇降装置４５により上下に移動できるようになっている。レーザ投光器４０ａとレーザ受光器４０ｂが、図５で点線の位置にあるとき、吸着ノズル１ａをこの位置に下降させ、そこに吸着されている部品を帯状のレーザ光で側方から照射し、吸着ノズル１ａ並びに部品３０を軸心を中心に回転させる。このとき、部品の影をレーザ受光器４０ｂで検出することにより、部品の中心と、部品の傾きを算出することができ、部品認識することができる。この部品認識は、比較的搭載精度の要求されないチップ部品の認識に利用される。

一方、電子部品が、高精度が要求されるＩＣ部品などの場合には、撮像装置２０による部品認識が行われる。この場合は、レーザセンサ４０は、昇降装置４５により、実線で示した下方部に移動される。このとき、レーザ投光器４０ａから投光される帯状レーザ光４０ｃの投光面Ｆ３は、部品下面の通過を検出する検出面となる。つまり、部品３０が下降して、部品下面がレーザ光４０ｃを通過すると、レーザ受光器４０ｂは、その通過を検出する。

装着ヘッド１は、撮像装置２０上に、予め定められた高さで停止するようになっているので、レーザセンサ４０が図示した下方部に移動したときのレーザ投光面、すなわち検出面Ｆ３と、撮像装置２０の合焦面Ｆ２の距離Ｌ２は、予め計測しておくことができる。そして、その計測した距離Ｌ２を、部品データ記憶部１１５、あるいは他の記憶手段に格納しておく。

このような構成で、撮像動作を図６を参照して説明すると、装着ヘッド１は、実施例１と同様に、部品吸着後、撮像装置２０の上方へ移動し、撮像装置２０上の予め定められた高さ位置で、吸着ノズル１ａの軸心が撮像装置２０の撮像軸に一致する位置に停止する（ステップＳ１０）。

続いて、昇降装置４５を駆動することにより、レーザセンサ４０を、部品３０より下方の所定位置（図５で実線で示した位置）に移動させ（ステップＳ１１、Ｓ１２）、続いて、吸着ノズル１ａを下降させる（ステップＳ１３）。吸着ノズル１ａに吸着された部品３０の下面が、レーザ投光器４０ａから投光されるレーザ光４０ｃを遮光すると、レーザ受光器４０ｂは、部品３０の下面が検出面Ｆ３を通過したことを検出するので（ステップＳ１４の肯定）、メイン制御装置１２は、更に、吸着ノズル１ａを、検出面Ｆ３の位置から距離Ｌ２だけ下降させ、そこで吸着ノズル１ａの下降を停止させる（ステップＳ１５、Ｓ１６）。

吸着ノズル１ａの停止位置では、部品３０の下面は、撮像装置３０の撮像面と共役な面にあり、鮮明な部品画像を取得できるので、撮像を開始する（ステップＳ１７）。部品撮像後の画像処理並びに基板への搭載は、実施例１と同様である。

図７に示す実施例では、レーザ投光器５０ａとレーザ受光器５０ｂからなるレーザセンサ５０が設けられ、レーザ投光器５０ａとレーザ受光器５０ｂは、それぞれ、装着ヘッド１に取り付けられた垂直に下方に延びる支持板５１、５２に固定される。このレーザセンサ５０の取り付け位置は、機種によって決められている。レーザ投光器５０ａは、レーザ投光器２４ａ、４０ａと同様に、帯状のレーザ光５０ｃを水平に投光し、その投光面が検出面Ｆ４を形成する。

装着ヘッド１は、撮像装置２０上に、予め定められた高さ位置で停止するようになっており、またレーザセンサ５０は、この装着ヘッド１に対して定まった位置に固定されるので、レーザ投光面（検出面Ｆ４）と、撮像装置２０の合焦面Ｆ２の距離Ｌ３は、予め計測しておくことができ、その計測した距離Ｌ３を、部品データ記憶部１１５、あるいは他の記憶手段に格納しておく。

このような構成で、撮像動作を図８を参照して説明すると、装着ヘッド１は、実施例１、２と同様に、部品吸着後、撮像装置２０の上方へ移動し、撮像装置２０上の所定の高さ位置で、吸着ノズル１ａの軸心が撮像装置２０の撮像軸に一致する位置に停止する（ステップＳ２０）。

続いて、吸着ノズル１ａを下降させ（ステップＳ２１）、吸着ノズル１ａに吸着された部品３０の下面が、レーザ投光器５０ａから投光されるレーザ光５０ｃを遮光すると、レーザ受光器５０ｂは、部品３０の下面が検出面Ｆ４を通過したことを検出するので（ステップＳ２２の肯定）、メイン制御装置１２は、更に、吸着ノズル１ａを、検出面Ｆ４の位置から距離Ｌ３だけ下降させ、そこで吸着ノズル１ａの下降を停止させる（ステップＳ２３、Ｓ２４）。

吸着ノズル１ａの停止位置では、部品３０の下面は、撮像装置２０の撮像面と共役な面にあり、鮮明な部品画像を取得できるので、撮像を開始する（ステップＳ２５）。部品撮像後の画像処理並びに基板への搭載は、実施例１と同様である。

上述した各実施例において、レーザ投光器２４ａ、４０ａ、５０ａは、帯状のレーザ光を投光したが、一本又は複数のレーザビームを投光する投光器（ＬＥＤなどのレーザ光源）を用いるようにしてもよい。一本のレーザビームの場合には、検出面は、このレーザビームを含む水平面となり、複数のレーザビームを用いる場合は、各レーザビームが同一水平面に位置するようにし、その面を検出面とする。また、透過式の位置センサではなく、反射式の位置センサを用いることもできる。

また、上述した各実施例では、検出面を合焦面に限りなく接近させ、検出面の通過を検出したときに、吸着ノズルの下降を停止させることができる。吸着ノズルは慣性によりわずか検出面より下方で停止するので、慣性による移動距離分だけ合焦面を下方に設定し、検出面通過を検出したときに吸着ノズルの下降を停止するようにしてもよい。しかし、この慣性による移動は、ばらつきがあるので、検出面の通過を検出後、目標移動距離（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３）に基づき、それぞれ部品の下面が合焦面にくるように、吸着ノズルの下降をフィードバック制御するのが好ましい。

本発明が用いられる部品実装機の主要部の外観を概略示す斜視図である。 同部品実装機の部品認識に関わる制御系の構成を示すブロック図である。 実施例１における部品の撮像状態を示した説明図である。 実施例１における部品の画像取り込みの流れを示すフローチャートである。 実施例２における部品の撮像状態を示した説明図である。 実施例２における部品の画像取り込みの流れを示すフローチャートである。 実施例３における部品の撮像状態を示した説明図である。 実施例３における部品の画像取り込みの流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１ 装着ヘッド
４ 認識装置
２０ 撮像装置
２１ 照明装置
２４ａ、４０ａ、５０ａ レーザ投光器
２４ｂ、４０ｂ、５０ｂ レーザ受光器
２４ｃ、４０ｃ、５０ｃ レーザ光
３０ 電子部品

Claims (4)

1. 吸着ノズルで吸着した部品を撮像装置で撮像し、部品の画像を取得する画像取得方法であって、
   吸着ノズルを撮像装置上方から撮像装置の合焦面に向けて下降させ、
   吸着ノズルで吸着された部品の下面が、前記合焦面より所定距離上方にある面を通過したか否かを検出し、
   部品の下面が前記面を通過したことを検出した後、吸着ノズルを更に前記所定距離下降させて停止させ、その停止位置で部品を撮像することを特徴とする部品の画像取得方法。
2. 吸着ノズルで吸着した部品を撮像装置で撮像し、部品の画像を取得する画像取得装置であって、
   撮像装置の合焦面より所定距離上方に検出面を有する位置センサと、
   吸着ノズルを撮像装置の上方から合焦面に向けて下降させる手段とを備え、
   吸着ノズルを下降させ、部品の下面が前記検出面を通過したことを検出した後、吸着ノズルを更に前記所定距離下降させて停止させ、その停止位置で部品を撮像することを特徴とする部品の画像取得装置。
3. 前記位置センサが、撮像装置に対して定まった位置に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の部品の画像取得装置。
4. 前記位置センサが、吸着ノズルを搭載した装着ヘッドに対して可変な位置、あるいは定まった位置に取り付けられることを特徴とする請求項２に記載の部品の画像取得装置。

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