JP2007273519A - 認識対象の中心位置を認識する方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異物等の付着により誤認識することなく認識対象の中心位置を認識する。
【解決手段】電子部品や認識マーク、治具ノズル等の認識対象の仮の中心を基準として第１のウィンドウおよび第２のウィンドウを設定し、これらのウィンドウ内の平均輝度と所定の閾値との比較し、所定の条件を満たした場合にのみ仮の中心を真の中心として認識するようにしているので、オイルミストやダイシングダスト等の異物の付着によりの認識対象の中心位置を誤認識することがない。これにより、電子部品実装装置における位置制御が高精度に行えるようになるので実装品質の向上につながる。
【選択図】図６

Description

本発明は、治具ノズル等の認識対象の中心位置を認識する方法および装置に関するものである。

従来、基台に備えられた電子部品供給部と基板間を水平移動して電子部品の実装を行う実装ヘッドを備えた電子部品実装装置が知られている。さらに基台には、実装ヘッドのノズルに吸着された電子部品を撮像するカメラが備えられており、撮像された画像を解析することにより電子部品の位置が認識される。この認識された電子部品の位置に基づいてノズルの位置や実装高さを制御することにより、電子部品が基板の所定の実装箇所に適度な圧力で正確に実装される（特許文献１参照）。
特開２０００−３６６９７号公報

このような電子部品実装装置には、実装ヘッドを水平移動させるための駆動機構を含め種々の駆動機構が備えられているため、実装動作を連続して行う過程において発生する駆動機構からの発熱により、実装ヘッドと基台との間に熱変形による位置ずれが生じることがある。そのため、電子部品の位置認識の基準となるカメラの認識原点とノズルの位置にずれが生じ、電子部品の位置認識結果に熱変形に起因する誤差が含まれることがあった。その結果、電子部品の実装の際のノズルの位置や実装高さが適切に制御されず実装品質の低下を招いていた。

このような問題を解決するため、カメラの認識原点と実装ヘッドに装着された治具ノズルの位置のずれを経時的に測定し、カメラの認識原点と治具ノズルの位置関係を補正するキャリブレーションが行われるが、治具ノズルに異物等が付着する等の不具合があると、治具ノズルの位置認識の機銃となる中心位置を正確に認識することができず、適切なキャリブレーションを行うことができない。その結果、キャリブレーション後のノズルの位置や実装高さが適切に制御されなくなり、実装品質の低下を招いていた。

そこで本発明は、異物等の付着により誤認識することなく認識対象の中心位置を認識する方法および装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、認識対象の中心位置を認識する方法であって、認識対象の輝度に基づいて前記認識対象の仮の中心位置を設定する工程と、前記認識対象の仮の中心位置を基準として第１の領域を設定する工程と、前記第１の領域内の平均輝度を測定する工程と、前記認識対象の仮の中心位置を基準として前記第１の領域の外側に第２の領域を設定する工程と、前記第２の領域内の平均輝度を測定する工程と、前記第１の領域内の平均輝度が第１の閾値を超えているかどうかを判定する第１の判定工程と、前記第２の領域内の平均輝度が前記第１の閾値より小さい第２の閾値を超えているかどうかを判定する第２の判定工程と、を含み、前記第１の判定工程において前記第１の領域内の平均輝度が第１の閾値を超えていると判定され、かつ前記第２の判定工程において前記第２の領域内の平均輝度が第２の閾値を超えていないと判定された場合に前記設定された仮の中心位置を前記認識対象の真の中心位置と認識する。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記第１の判定工程において前
記第１の領域内の平均輝度が第１の閾値を超えていないと判定された場合、または前記第２の判定工程において前記第２の領域内の平均輝度が第２の閾値を超えていると判定された場合にエラー処理を行う工程をさらに含む。

請求項３記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、前記第１の領域が、前記認識対象の仮の中心位置が真の中心位置である場合に前記認識対象に内接するように設定され、前記第２の領域が、前記認識対象の仮の中心位置が真の中心位置である場合に前記認識対象に外接するように設定される。

請求項４記載の発明は、請求項３記載の発明において、前記第２の領域が前記所定の範囲に外接する部分を有する複数の小領域に分割されており、少なくとも１つの小領域内の平均輝度が前記第２の閾値を超えていると判定された場合に前記エラー処理を行う。

請求項５記載の発明は、請求項１乃至４の何れかに記載の発明において、前記第１の閾値が前記認識対象の輝度の最低値より小さく設定され、前記第２の閾値が前記認識対象周辺の輝度の最高値より大きく設定される。

請求項６記載の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の発明において、前記認識対象が、電子部品実装装置に備えられた複数の電子部品ピックアップ用のノズルの少なくとも１つに替えて装着された治具ノズルである。

請求項７記載の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の発明において、前記認識対象が、電子部品実装装置に備えられた撮像手段による撮像対象に設けられた位置認識用マークである。

請求項８記載の発明は、請求項１乃至５の何れかに記載の発明において、前記認識対象が、電子部品実装装置に備えられたノズルによりピックアップされた電子部品である。

請求項９記載の発明は、認識対象の中心位置を認識する装置であって、認識対象の輝度に基づいて前記認識対象の仮の中心位置を設定する手段と、前記認識対象の仮の中心位置を基準として第１の領域および前記第１の領域の外側に第２の領域を設定する手段と、前記第１の領域および前記第２の領域内の平均輝度を測定する手段と、前記第１の領域内の平均輝度が第１の閾値を超え、かつ前記第２の領域内の平均輝度が第２の閾値を超えていない場合に前記設定された仮の中心位置を前記認識対象の真の中心位置と認識する手段とを備えた。

本発明によれば、認識対象の仮の中心を基準として第１の領域および第２の領域を設定し、これらの領域内の平均輝度と所定の閾値とを比較し、所定の条件を満たした場合にのみ仮の中心を真の中心として認識するようにしているので、異物等の付着により認識対象の中心位置を誤認識することがない。

図１は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図、図２は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成図、図３（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における治具ノズルの撮像画像を示す説明図、図４（ａ）、（ｂ）は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における治具ノズルの撮像画像を示す説明図、図５は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における電子部品の撮像画像を示す説明図、図６は本発明の一実施の形態の認識方法を示すフローチャート、図７は本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における位置および高さ補正値の更新状況を示す説明図、図８
は本発明の一実施の形態の認識方法を示すフローチャートである。

まず、本発明の一実施の形態における電子部品実装装置の全体構成について説明する。図１において、電子部品実装装置のベースとなる基台１上には、基板２の搬送を行う基板搬送装置３がＸ方向に延伸して配設されている。基板搬送装置３には基板２をクランプして固定する機能が備わっており、Ｘ方向に搬送される基板２を所定の位置に位置決めする。なお、本発明においては、基板２の搬送方向をＸ方向とし、これに水平面内で直交する方向をＹ方向とする。

基板搬送装置３のＹ方向における両側方には、複数のパーツフィーダ４が並設されている。パーツフィーダ４は電子部品供給装置として機能し、内部に収納された複数の電子部品を供給口５に順次供給する。

基台１のＸ方向における両端部には一対のＹテーブル６が配設されており、この一対のＹテーブル６上にＸテーブル７が架設されている。Ｘテーブル７には実装ヘッド８が装着されている。Ｙテーブル６およびＸテーブル７には、それぞれＹ軸駆動機構６ａおよびＸ軸駆動機構７ａ（図２参照）が備えられており、実装ヘッド８を基台１に対して相対的に水平移動させる。

図２において、実装ヘッド８には複数のノズルユニット９が装着されており、各ノズルユニット９の下端部にはそれぞれノズル１０が装着されている。各ノズル１０には、それぞれＺ軸駆動機構１０ａおよびθ軸駆動機構１０ｂが備えられており、各ノズル１０は独立してＺ方向に昇降およびθ方向（Ｚ軸周り）に回転可能に構成されている。また、各ノズル１０には吸排気機構１０ｃが備えられており、電子部品のピックアップの際にはノズル１０内を真空吸引することにより電子部品を吸着保持し、電子部品の実装の際にはノズル１０内の排気を行うことにより電子部品をリリースするいわゆる真空破壊を行う。これらのＹ軸駆動機構６ａおよびＸ軸駆動機構７ａ、Ｚ軸駆動機構１０ａおよびθ軸駆動機構１０ｂ、吸排気機構１０ｃは制御部１１と接続されており、制御部１１から送信される制御指令に基づいて駆動する。

図１および図２において、実装ヘッド８の側方にはカメラ１２が配設されている。カメラ１２は、実装ヘッド８と一体となって基台１に対して相対的に水平移動し、認識対象の撮像を行う撮像手段として機能する。また、基板搬送装置３とパーツフィーダ４の間にはカメラ１３が配設されている。カメラ１３は、パーツフィーダ４の供給口５からノズル１０によりピックアップされた電子部品を下方からスキャニングする撮像手段として機能する。また、基板搬送装置３とパーツフィーダ４の間にはラインセンサ１８が配設されている。ラインセンサ１８は透過型の光センサであり、認識対象の遮光長さを検知する検知手段として機能する。

図２において、カメラ１２は認識部１２ａと接続されており、認識部１２ａは制御部１１および演算部１４、記憶部１５と接続されている。カメラ１２により撮像された認識対象の画像は認識部１２ａにより画像処理され、演算部１４により認識対象の中心とカメラ１２の認識原点との相対位置が演算される。記憶部１５には、カメラ１２の認識原点と各ノズル１０の軸中心との距離データが予め記憶されており、演算部１４により実装ヘッド８の任意のノズル１０の軸中心と認識対象の中心との相対位置が演算される。制御部１１は、演算部１４による演算結果に基づいてＹ軸駆動機構６ａおよびＸ軸駆動機構７ｂの駆動の制御を行い、これにより任意のノズル１０の軸中心と認識対象の中心との位置合わせが行われる。なお、カメラ１２による認識対象は、ピックアップの際にはパーツフィーダ４の供給口５に供給された電子部品であり、実装の際には基板２の所定箇所に設けられた位置合わせ用の認識マークであり、キャリブレーションの際には基台１上の所定箇所に設
けられたキャリブレーション用の認識マークＭ（図１参照）である。

図２において、カメラ１３は認識部１３ａと接続されており、認識部１３ａは制御部１１および演算部１４、記憶部１５と接続されている。カメラ１３により撮像された認識対象の画像は認識部１３ａにより画像処理され、演算部１４により認識対象の中心とカメラ１３の認識原点との水平位置関係が演算される。通常、カメラ１３による認識対象はノズル１０に吸着された電子部品であり、認識対象となる電子部品を吸着したノズル１０の軸中心がカメラ１３の認識原点と撮像画像上で重なるように実装ヘッド８が位置決めされる。したがって、演算部１４により演算された電子部品の中心とカメラ１３の認識原点との相対位置がノズル１０の軸中心と電子部品の中心のずれとなり、制御部１１は、演算部１４による演算結果に基づいてＹ軸駆動機構６ａおよびＸ軸駆動機構７ｂの駆動の制御を行い、これによりノズル１０に吸着された電子部品の位置補正が行われる。

なお、ノズル１０に吸着された電子部品の位置認識の際には、ノズル１０の軸中心とカメラ１３の認識原点が撮像画像上で重なり合うように実装ヘッド８が位置決めされる必要があるため、実装ヘッド８に備えられた複数のノズル１０のうち少なくとも１つをキャリブレーション用の治具ノズル２０に交換し、キャリブレーションの際にはカメラ１３により治具ノズル２０の撮像を行う。カメラ１３により撮像された治具ノズル２０の画像は認識部１３ａにより画像処理され、演算部１４により治具ノズル２０の中心とカメラ１３の認識原点との相対位置が演算される。治具ノズル２０の中心とカメラ１３の認識原点との相対位置関係は記憶部１５に記憶され、制御部１１は、これ基づいてＹ軸駆動機構６ａおよびＸ軸駆動機構７ｂの駆動の制御を行い、電子部品を吸着した任意のノズル１０とカメラ１３の認識原点との位置関係を補正する。

図２において、ラインセンサ１８は、制御部１１および演算部１４、記憶部１５と接続されている。記憶部１５には、ラインセンサ１８における認識原点が記憶されている。認識対象がラインセンサ１８を通過すると、認識対象によりセンサ光の一部が遮光され、演算部１４により認識対象の認識原点からの遮光長さ、すなわち認識対象の認識原点に対する鉛直位置関係が演算される。そのため、電子部品を吸着した状態のノズル１０がラインセンサ１８を通過すると、電子部品の下端の認識原点に対する相対的な高さが演算され、電子部品を吸着しない状態のノズル１０がラインセンサ１８を通過すると、ノズル１０の下端、すなわち電子部品の上端の認識原点に対する相対的な高さが演算される。これらの差を演算することで電子部品自体の高さを測定することができる。

従って、電子部品を吸着しない状態のノズル１０の下端の認識原点に対する相対的な高さを演算して予め記憶部１５に記憶させておくことにより、その後、電子部品を吸着した状態のノズル１０がラインセンサ１８を通過した際に電子部品自体の高さを測定することができる。記憶部１５には、ラインセンサ１８の認識原点と基板２上の実装箇所における実装高さが予め記憶されており、制御部１１は、演算部１４による演算結果に基づいてＺ軸駆動機構１０ａの駆動の制御を行い、これにより、電子部品が実装箇所に適度な圧力で実装されるようにノズル１０の実装高さが調節される。

また、電子部品が立ち姿勢や斜め姿勢等の異常姿勢で吸着されていると、本来の電子部品の高さより高い数値が測定される。そのため、予め記憶部１５に電子部品の高さデータを記憶させておき、演算部１４による演算結果がこの高さデータ値を超えている場合には、実装動作を中断し、電子部品を取り除く等のエラー処理を行って不良基板の発生を防止する。

制御部１１には、キーボードやドライバ等からなる入力部１６が接続されており、記憶部１５に予め記憶させる様々なデータを入力したり、制御部１１に直接指令を入力したり
する。さらに、制御部１１には出力部１７が接続されている。出力部１７は、ＣＲＴや液晶パネル等の可視表示手段を備え、電子部品実装装置における動作状況を可視表示するほか、警告手段を備え、装置の稼動中に不具合が生じた場合等にオペレータにエラー情報を伝える。

また、演算部１４は、電子部品実装装置における様々な演算処理を行い、演算処理に必要なデータは予め記憶部１５に記憶されている。さらに記憶部１５には制御プログラムが記憶されており、制御部１１は制御プログラムに従って電子部品実装装置における実装動作の制御を行う。

次に、認識対象の中心位置を認識する方法について説明する。図３および図４は治具ノズル２０をカメラ１３により撮像した撮像画像を示している。図３（ａ）において、カメラ１３による撮像領域２１内に輝度検出ウィンドウ２２を設定し、治具のノズル２０および周辺部２３の輝度を検出する。なお、治具ノズル２０と周辺部２３との輝度の差を明確にするため、治具ノズル２０は周辺部２３に比べて反射率が高く設定されており、カメラ１３による撮像の際には治具ノズル２０と周辺部２３が照射される。

輝度検出ウィンドウ２２内において一定の輝度を超えている部分の形状を認識し、演算部１４により撮像画像上の形状中心（図３（ａ）においては斜線で示す円形の治具ノズル２０の中心）を演算して仮の中心２０ｂとして設定する。治具ノズル２０が通常の反射状態であれば、撮像画像上の治具ノズル２０の形状は真の形状と一致するので、仮の中心２０ｂは治具ノズル２０の真の中心と一致する。ところが、図４（ａ）に示すように、治具ノズル２０の一部、例えば左下部にオイルミスト等の低反射性の異物が付着していると、その部分の輝度が低く検出されるので、仮の中心２０ｂが真の中心２０ａから右上にずれた位置に設定されることがある。また、図４（ｂ）に示すように、治具ノズル２０の右上部に半田やダイシングダスト等の高反射性の異物が付着していると、その部分の輝度が高く検出されるので、仮の中心２０ｂが真の中心２０ａから右上にずれた位置に設定されることがある。

そこで、輝度に基づいて設定された仮の中心２０ｂが真の中心２０ａと正確に一致しているかどうかを判定するため、輝度検出ウィンドウ２２に第１のウィンドウ２２ａと第２のウィンドウ２２ｂを設定し、治具ノズル２０および周辺部２３の輝度を検出する。図３（ａ）において、第１のウィンドウ２２ａと第２のウィンドウ２２ｂは、治具ノズル２０の仮の中心２０ｂを基準として輝度検出ウィンドウ２２に設定される。第１のウィンドウ２２ａは、仮の中心２０ｂが真の中心２０ａと一致している場合に治具ノズル２０の内側に位置するように設定され、ここでは正方形の第１のウィンドウ２２ａが治具ノズル２０に内接する位置に設定されている。第２のウィンドウ２２ｂは、仮の中心２０ｂが真の中心２０ａである場合に治具ノズル２０の外側に位置するように設定され、ここでは治具ノズル２０を取り囲む複数の長方形により構成されており、各ウィンドウの長方形の一辺が治具ノズル２０に外接する位置に設定されている。治具ノズル２０には形状やサイズの異なる様々な品種があるため、各治具ノズルに対応した第１のウィンドウ２２ａと第２のウィンドウ２２ｂを予め設定して記憶部１５に記憶させている。

第１のウィンドウ２２ａと第２のウィンドウ２２ｂは治具ノズル２０の仮の中心２０ｂを基準として設定されるので、図３（ａ）に示すように、仮の中心２０ｂが真の中心２０ａと一致していれば、第１のウィンドウ２２ａは撮像画像上の治具ノズル２０に内接し、第２のウィンドウ２２ｂは撮像画像上の治具ノズル２０に外接する。この場合、第１のウィンドウ２２ａにおいては比較的明るい治具ノズル２０の輝度が検出され、第２のウィンドウ２２ｂにおいては、比較的暗い治具ノズル２０の周辺部２３の輝度が検出される。

一方、図３（ｂ）に示すように、仮の中心２０ｂが真の中心２０ａと一致していなければ、仮の中心２０ｂを基準として設定される第１のウィンドウ２２ａ内に周辺部２３が含まれ、第２のウィンドウ２２ｂ内に治具ノズル２０が含まれることになる。そのため、第１のウィンドウ２２ａ内の平均輝度は、治具ノズル２０のみを検出した場合の輝度より小さく検出され、第２のウィンドウ２２ｂ内の平均輝度は周辺部２３のみの輝度を検出した場合の輝度より大きく検出される。

ここで、治具ノズル２０の輝度が最大値Ａｍａｘ〜最小値Ａｍｉｎの間でばらつき、周辺部２３の輝度が最大値Ｂｍａｘ〜最小値Ｂｍｉｎの間でばらつくものとすると、図３（ａ）に示すように仮の中心２０ｂが真の中心２０ａに一致している場合には、Ｂｍｉｎ≦第２のウィンドウ２２ｂ内の平均輝度≦Ｂｍａｘ＜Ａｍｉｎ≦第１のウィンドウ２２ａ内の平均輝度≦Ａｍａｘの関係が成立する。そのため、図３（ｂ）に示すように仮の中心２０ｂが真の中心２０ａに一致していない場合には、第１のウィンドウ２２ａ内の平均輝度はＡｍｉｎより小さくなる。従って、第１の閾値をＡｍｉｎより小さく設定すると、仮の中心２０ｂが真の中心２０ａに一致していない場合には、第１のウィンドウ２２ａ内の平均輝度が第１の閾値を超えることはない。一方、第２のウィンドウ２２ｂ内の平均輝度と第２の閾値との関係については、仮の中心２０ｂが真の中心２０ａに一致していない場合には、第２のウィンドウ２２ｂ内の平均輝度はＢｍａｘより大きくなる。従って、第２の閾値をＢｍａｘより大きく設定すると、仮の中心２０ｂが真の中心２０ａに一致していない場合には、第２のウィンドウ２２ｂ内の平均輝度が第２の閾値を超えることになる。すなわち、図３（ａ）に示すように仮の中心２０ｂが真の中心２０ａに一致している場合には、Ｂｍｉｎ≦第２のウィンドウ２２ｂ内の平均輝度≦Ｂｍａｘ＜第２の閾値＜第１の閾値＜Ａｍｉｎ≦第１のウィンドウ２２ａ内の平均輝度≦Ａｍａｘの関係が成立する。従って、第１のウィンドウ２２ａ内の平均輝度が第１の閾値を超えるとともに第２のウィンドウ２２ｂ内の平均輝度が第２の閾値を超えていない場合には、仮の中心２０ｂが真の中心２０ａに一致していると判定することができる。なお、治具ノズル２０や周辺部２３に設定される輝度により第１のウィンドウ２２ａと第２のウィンドウ２２ｂにより検出される輝度は異なるため、治具ノズル２０および周辺部２３の反射率に対応した輝度で第１の閾値および第２の閾値を予め設定して記憶部１５に記憶させている。

なお、認識対象として上記の電子部品実装装置に備えられた治具ノズル２０の他にノズル１０に吸着された電子部品や各種の認識マーク等を撮像し、これらの中心位置を認識することもできる。例えば、認識対象が電子部品である場合には、図５に示すように、電極部Ｐａの輝度に基づいて設定された仮の中心３０ｂを基準として第１のウィンドウ３１ａと第２のウィンドウ３１ｂを輝度検出ウィンドウ２２上に設定する。第１のウィンドウ３１ａは、電子部品Ｐの仮の中心３０ｂが真の中心である場合に、電子部品Ｐの電極部Ｐａに内接するように設定され、第２のウィンドウ３１ｂは、電子部品Ｐに外接するように設定される。これにより、第１のウィンドウ３１ａおよび第２のウィンドウ３１ｂ内の輝度を第１の閾値および第２の閾値と比較することで、仮の中心３１ｂが電子部品Ｐの真の中心と一致しているか否かの判定を行うことができる。

図６のフローチャートは、本実施の形態の電子部品実装装置における治具ノズル２０の中心を位置認識する方法を工程順に示している。最初に治具ノズル２０の輝度に基づいて仮の中心を設定する工程を実行する。まず、治具ノズル２０をカメラ１３の撮像領域２１内に位置決めし、治具ノズル２０を取り囲む位置に輝度検出ウィンドウ２２を設定する（ＳＴ１、図３（ａ）参照）。次に、治具ノズル２０の撮像を行い、治具ノズル２０の仮の中心２０ｂを設定する（ＳＴ２）。

次に、治具ノズル２０の仮の中心２０ｂを基準として第１の領域を設定する工程を実行する。第１の領域は、第１のウィンドウ２２ａとして記憶部１５に記憶されており、仮の
中心２０ｂを基準として第１のウィンドウ２２ａを設定する（ＳＴ３）。その後、第１のウィンドウ２２ａ内の輝度を検出し、演算部１４により平均輝度を測定する（ＳＴ４）。

次に、第１の領域内の平均輝度が第１の閾値を超えているかどうかを判定する第１の判定工程を実行する。第１のウィンドウ２２ａ内の平均輝度は記憶部１５に記憶された第１の閾値と比較され、第１の閾値を超えていないと判定された場合には、ＳＴ２において設定された仮の中心２０ｂは真の中心２０ａと一致していないとみなしエラー処理を行う（ＳＴ５）。エラー処理により、ＳＴ２において設定された仮の中心２０ｂは破棄され、新たに仮の中心２０ｂを設定する。このとき、警告手段によりオペレータにエラー情報を伝え、オペレータは治具ノズル２０に異常がないかどうかの検査を行い、付着した異物を除去する等の清掃を行う。その後、ＳＴ２以降の工程を繰り返し行い、治具ノズル２０の仮の中心２０ｂを新たに設定し直す。

一方、第１のウィンドウ２２ａ内の平均輝度が第１の閾値を超えていると判定された場合には、第２の領域を設定する工程を実行する。第２の領域は、第２のウィンドウ２２ｂとして記憶部１５に記憶されており、仮の中心２０ｂを基準として第２のウィンドウ２２ｂを設定する（ＳＴ６）。その後、第２のウィンドウ２２ｂ内の輝度を検出し、演算部１４により平均輝度を測定する（ＳＴ７）。

次に、第２の領域内の平均輝度が第１の閾値を超えているかどうかを判定する第２の判定工程を実行する。第２のウィンドウ２２ｂ内の平均輝度は記憶部１５に記憶された第２の閾値と比較され、第２の閾値を超えていると判定された場合には、ＳＴ２において設定された仮の中心２０ｂは真の中心２０ａと一致していないとみなしエラー処理を行う（ＳＴ８）。一方、第２のウィンドウ２２ｂ内の平均輝度が第２の閾値を超えていないと判定された場合には、ＳＴ２において設定された仮の中心２０ｂは真の中心２０ａと一致しているとみなし真の中心として認定する（ＳＴ９）。このように認識された治具ノズル２０の真の中心位置は、記憶部１５に中心位置データとして記憶され、以後の実装動作においては記憶部１５に記憶された中心位置に基づいて各ノズル１０の位置制御が行われる。

なお、ＳＴ７において設定する第２のウィンドウ２２ｂを複数の長方形の小ウィンドウに分割して記憶部１５に記憶させ、小ウィンドウ毎の平均輝度を第２の閾値と比較する工程を複数回実行するようにしてもよい。この場合、少なくとも１つの小ウィンドウ内の平均輝度が第２の閾値を超えていると判定された場合にエラー処理を行う。例えば、図３（ｂ）に示すように、治具ノズル２０の仮の中心２０ｂが真の中心２０ａからずれた位置に設定された場合、小ウィンドウ２２ｃ、２２ｄのみで治具ノズル２０の輝度が検出されるため、第２のウィンドウ２２ｂ全体で輝度を平均する場合に比べて輝度の差をより明確に検出することが可能になる。

このように本実施の形態の認識方法においては、電子部品や認識マーク、治具ノズル等の認識対象の仮の中心を基準として第１の領域および第２の領域を設定し、これらの領域内の平均輝度と所定の閾値との比較し、所定の条件を満たした場合にのみ仮の中心を真の中心として認識するようにしているので、オイルミストやダイシングダスト等の異物の付着によりの認識対象の中心位置を誤認識することがない。これにより、電子部品実装装置における位置制御が高精度に行えるようになるので実装品質の向上につながる。

ところで、電子部品実装装置には、実装ヘッド８を水平移動させるためのＹ軸駆動機構６ａ、Ｘ軸駆動機構７ａを含め種々の駆動機構が備えられているため、実装動作を連続して行う過程において駆動機構から発熱し、実装ヘッド８と基台１との間に熱変形による位置ずれが生じることがある。そのため、電子部品の位置認識の基準となるカメラ１３の認識原点やラインセンサ１８の認識原点を基準として認識される電子部品の位置および高さ
に熱変形に起因する誤差が含まれることがあった。このような問題を解決するため、認識原点と実装ヘッド８に装着された治具ノズル２０の位置のずれを経時的に測定し、認識原点と各ノズル１０の位置関係を補正するキャリブレーションが行われる。

キャリブレーションには、カメラ１３の認識原点と治具ノズル２０の水平方向における位置ずれを補正する位置キャリブレーションと、ラインセンサ１８の認識原点と治具ノズル２０の鉛直方向における位置ずれを補正する高さキャリブレーションがある。位置キャリブレーションに関しては、治具ノズル２０をカメラ１３により撮像し、認識原点と治具ノズル２０の中心位置とのずれに基づいて位置補正値を演算し、以後に認識される電子部品の位置に位置補正値を加味する補正を行う。また、高さキャリブレーションに関しては、治具ノズル２０をラインセンサ１８により検知し、治具ノズル２０による遮光長に基づいて高さ補正値を演算し、以後に測定される電子部品の高さに高さ補正値を加味する補正を行う。

これらのキャリブレーションを定期的または不定期に行うことにより、熱変形に起因する位置および高さ誤差を排除する。位置補正値および高さ補正値は演算部１４により演算され、キャリブレーション毎に更新されながら記憶部１５に補正データとして記憶され、次回のキャリブレーションまではこの補正データに基づいて位置および高さ補正が行われる。

ここで、先のキャリブレーションと後のキャリブレーションの間で治具ノズル２０に異物等が付着すると、後のキャリブレーションにおいて治具ノズル２０の中心位置や遮光長が誤って認識される。この場合、誤認識された治具ノズル２０の中心位置や遮光長に基づいて位置補正値や高さ補正値を更新すると、以後に認識される電子部品の位置や高さに誤差が含まれることになる。そこで、熱変形による位置補正値や高さ補正値の変化を許容する許容値を予め設定し、位置補正値や高さ補正値が許容値を超えている場合には、先後のキャリブレーション間に治具ノズル２０に異物等が付着して誤認識されたと判断し、エラー処理を行う。

図７は、補正値と許容値の関係を図式化して示している。図中、実線で示したグラフは補正値（位置補正値または高さ補正値）の更新状況であり、時間ｔ１、ｔ２、ｔ３、ｔ４においてキャリブレーションが実行され、そのうち、時間ｔ１、ｔ２、ｔ４において補正値が更新されている。図中、破線で示したグラフは許容値の更新状況であり、補正値の更新の度に同じパターンの変化を繰り返すように設定されている。

許容値は、補正値を更新する際の先の補正値からの許容変化量であり、熱変形による変化量より大きな値に設定される。ここでは、時間の経過に比例して熱変形が増大すると仮定して熱変形速度を設定し、許容値は、先のキャリブレーションを実行した時点からの時間経過に伴って漸増する。なお、カメラ１３やラインセンサ１８における分解能等による誤差マージンを考慮し、許容値には初期値が設定されている。従って、許容値は、「熱変形速度」×「先のキャリブレーション実行時からの経過時間」＋「初期値」の一次関数式で設定される。また、許容値には、補正値の最大値を規制する補正値許容上限と最小値を規制する補正値許容下限が設定されており、この上限と下限の間が補正値許容範囲となっている。また、上記の一次関数式で設定される許容値には最大上限値および最大下限値が設定されており、後のキャリブレーションが実行されるまでに長時間を要した場合であっても、許容値が最大上限値および最大下限値を超えることがないようにしている。

キャリブレーションにより演算された補正値は、演算部１４により許容値と比較され、補正値が許容値を超えている場合にはエラー処理される。すなわち、治具ノズル２０に異物等が付着し、キャリブレーションにおいて誤認識されたと判断し、当該補正値による記
憶部１５の補正値の更新を行わず、現在の補正値を継続して使用する。また、エラー処理により実装動作が停止し、オペレータにエラー警告が通知される。オペレータは、治具ノズル２０の検査や清掃を行い、異物等を排除した正常な状態にする。

図７に示すように、時間ｔ１においてはキャリブレーション後の補正値が許容範囲内であるので、記憶部１５に記憶されている補正値ｃ１を新たな補正値ｃ２に更新する。時間ｔ２においても同様に補正値ｃ２を新たな補正値ｃ３に更新する。しかし、時間ｔ３においてはキャリブレーション後の補正値ｃ４が補正値許容範囲外であるので、治具ノズル２０に何らかの異常、例えば異物が付着していると判断し、補正値ｃ４への更新は行わずに先の補正値ｃ３を使用した実装動作を継続する。その後、時間ｔ４において再度キャリブレーションを行ったときの補正値ｃ５が許容範囲内であれば、異常が解消したと判断し、新たな補正値ｃ５への更新を行う。

次に、電子部品実装装置における実装動作中に補正値を更新する方法について、治具ノズル２０とラインセンサ１８の鉛直位置関係を補正する高さ補正値の更新を例にとり説明する。なお、治具ノズル２０とカメラ１３の水平位置関係を補正する位置補正値の更新についても高さ補正値の更新と同様に更新する。

実装動作に開始に先立って、記憶部１５に記憶された許容値の初期設定を行う（ＳＴ１）。未だキャリブレーションを実行していない段階では、許容値を設定する一次関数式の「先のキャリブレーション実行時からの経過時間」が設定されないので、初期設定において経過時間を無限大に設定する。これにより、許容値が最大上限値および最大下限値に設定される。

実装動作を開始し（ＳＴ２）、予め設定した所定時間を経過すると、実装ヘッド８のノズル１０を上昇させるとともに治具ノズル２０を下降させ所定の高さに設定する（ＳＴ３）。この状態で、実装ヘッド８をラインセンサ１８に移動させ、治具ノズル２０による遮光長を演算し、治具ノズル２０の下端の認識原点に対する相対的な高さ、すなわち治具ノズル２０の高さを測定する（ＳＴ４）。治具ノズル２０の高さ測定（ＳＴ４）は、実装動作中に所定時間経過毎に複数回行われ、治具ノズル２０の高さ測定値の差に基づいてキャリブレーションを実行する。キャリブレーションは、先に測定された治具ノズル２０の高さ測定値と後に測定された高さ測定値との差が許容値を超えていない場合に実行され、記憶部１５に記憶された高さ補正値をキャリブレーション後の新たな高さ補正値に更新する（ＳＴ５）。以後、次の更新時までは記憶部１５に記憶された高さ補正値に基づいてノズル１０の実装時における実装高さが管理される。一方、先に測定された治具ノズル２０の高さ測定値と後に測定された高さ測定値との差が許容値を超えている場合には、エラー処理を行う（ＳＴ６）。エラー処理により、高さ補正値の更新は行われず、キャリブレーション前の高さ補正値を使用した実装高さ管理が継続される。また、警告手段によりオペレータにエラー情報を伝え、オペレータは治具ノズル２０に異常がないかどうかの検査を行い、付着した異物を除去する等の清掃を行う。その後、実装動作を再開する。

このように、基台１側に設けられたカメラ１３およびラインセンサ１８により実装ヘッド８の治具ノズル２０の位置および高さを経時的に認識し、位置および高さのキャリブレーションを適宜実行することにより、熱変形による実装ヘッド８と基台１との間に位置ずれによる位置決め精度および実装高さ精度の低下を防止することができる。これにより電子部品の実装の際の電子部品の位置および実装高さが適切に制御され、熱変形による影響を排除して実装品質を確保することができる。

なお、本実施の形態においては、カメラ１３やラインセンサ１８からなる認識手段の認識対象として治具ノズル２０を例示して説明しているが、認識対象は治具ノズル２０に限
らず、ノズル１０を直接認識してもよい。

本発明によれば、認識対象の仮の中心を基準として第１の領域および第２の領域を設定し、これらの領域内の平均輝度と所定の閾値との比較し、所定の条件を満たした場合にのみ仮の中心を真の中心として認識するようにしているので、異物等の付着により認識対象の中心位置を誤認識することがないという利点があり、高精度を要求する電子部品の実装分野等において有用である。

本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の平面図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置の制御系の構成図 （ａ）、（ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における治具ノズルの撮像画像を示す説明図 （ａ）、（ｂ）本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における治具ノズルの撮像画像を示す説明図 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における電子部品の撮像画像を示す説明図 本発明の一実施の形態の認識方法を示すフローチャート 本発明の一実施の形態の電子部品実装装置における補正値の更新状況を示す説明図 本発明の一実施の形態の認識方法を示すフローチャート

符号の説明

１１ 制御部
１２ カメラ
１３ カメラ
１４ 演算部
１５ 記憶部
２０ 治具ノズル
２０ａ、３０ａ 真の中心
２０ｂ、３０ｂ 仮の中心
２２ 輝度検出ウィンドウ
２２ａ、３１ａ 第１のウィンドウ
２２ｂ、３１ｂ 第２のウィンドウ
Ｍ 認識マーク
Ｐ 電子部品

Claims (9)

1. 認識対象の中心位置を認識する方法であって、
   認識対象の輝度に基づいて前記認識対象の仮の中心位置を設定する工程と、前記認識対象の仮の中心位置を基準として第１の領域を設定する工程と、
   前記第１の領域内の平均輝度を測定する工程と、
   前記認識対象の仮の中心位置を基準として前記第１の領域の外側に第２の領域を設定する工程と、
   前記第２の領域内の平均輝度を測定する工程と、
   前記第１の領域内の平均輝度が第１の閾値を超えているかどうかを判定する第１の判定工程と、
   前記第２の領域内の平均輝度が前記第１の閾値より小さい第２の閾値を超えているかどうかを判定する第２の判定工程と、
   を含み、
   前記第１の判定工程において前記第１の領域内の平均輝度が第１の閾値を超えていると判定され、かつ前記第２の判定工程において前記第２の領域内の平均輝度が第２の閾値を超えていないと判定された場合に前記設定された仮の中心位置を前記認識対象の真の中心位置と認識する方法。
2. 前記第１の判定工程において前記第１の領域内の平均輝度が第１の閾値を超えていないと判定された場合、または前記第２の判定工程において前記第２の領域内の平均輝度が第２の閾値を超えていると判定された場合にエラー処理を行う工程をさらに含む請求項１記載の方法。
3. 前記第１の領域が、前記認識対象の仮の中心位置が真の中心位置である場合に前記認識対象に内接するように設定され、前記第２の領域が、前記認識対象の仮の中心位置が真の中心位置である場合に前記認識対象に外接するように設定される請求項１または２に記載の方法。
4. 前記第２の領域が前記所定の範囲に外接する部分を有する複数の小領域に分割されており、少なくとも１つの小領域内の平均輝度が前記第２の閾値を超えていると判定された場合に前記エラー処理を行う請求項３記載の方法。
5. 前記第１の閾値が前記認識対象の輝度の最低値より小さく設定され、前記第２の閾値が前記認識対象周辺の輝度の最高値より大きく設定される請求項１乃至４の何れかに記載の方法。
6. 前記認識対象が、電子部品実装装置に備えられた複数の電子部品ピックアップ用のノズルの少なくとも１つに替えて装着された治具ノズルである請求項１乃至５の何れかに記載の方法。
7. 前記認識対象が、電子部品実装装置に備えられた撮像手段による撮像対象に設けられた位置認識用マークである請求項１乃至５の何れかに記載の方法。
8. 前記認識対象が、電子部品実装装置に備えられたノズルによりピックアップされた電子部品である請求項１乃至５の何れかに記載の方法。
9. 認識対象の中心位置を認識する装置であって、
   認識対象の輝度に基づいて前記認識対象の仮の中心位置を設定する手段と、
   前記認識対象の仮の中心位置を基準として第１の領域および前記第１の領域の外側に第
   ２の領域を設定する手段と、
   前記第１の領域および前記第２の領域内の平均輝度を測定する手段と、
   前記第１の領域内の平均輝度が第１の閾値を超えており、かつ前記第２の領域内の平均輝度が第２の閾値を超えていない場合に前記設定された仮の中心位置を前記認識対象の真の中心位置と認識する手段と、
   を備えた装置。

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