JP2008078320A - 電子部品実装方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半田の種類や基板の材質や半田の印刷状態といった条件が変化しても、画像認識に必要なパラメータを自動調整し、作業の効率化を図る。
【解決手段】照明装置の照明の強度と、明度の高い画素を認識するための第１閾値θ１、及び中間の明度の画素を認識するための前記第１閾値より低い第２閾値θ２であって、前記照明の強度と前記第１閾値と前記第２閾値の少なくとも１つをパラメータとして所定範囲で変動Ｓ１させて、画像認識する画像に対して該第１閾値より高い明度の画素を該第２閾値より低い明度に変換し、該変換した画像から所定の特徴量を認識する処理Ｓ２を繰り返しＳ４、該特徴量が認識できた各パラメータの各中間値を求めＳ５、前記各中間値に基づいて半田を画像認識し、前記画像認識の認識結果に基づいて電子部品の電極が前記半田に載るように実装する。
【選択図】図３

Description

本発明は、半田印刷認識用のパラメータ調整方法及び電子部品実装装置に関する。特に、半田の種類や基板の材質や半田の印刷状態といった条件が変化しても、画像認識に必要なパラメータを自動調整し、作業の効率化を図るために好適な電子部品実装方法及び装置に関する。

一般に、電子部品（以下、部品と称する）をプリント基板（以下、基板と称する）に自動的に実装する際には、部品を供給するフィーダから実装ヘッドによって部品を吸着して取り出し、この部品を基板上の予め設定された部品実装位置まで運んで実装する。

この部品実装位置には、実装される部品のリードと接続させる電極パッド（実装ランドとも称する）が、基板レジストに覆れず、露出している。

この電極パッド上には、予めペースト状の半田が印刷され、この半田の上に実装ヘッドにより部品のリードが載置され、全部品が実装された後のリフロー工程で、半田を融解させ、電極パッドと部品のリードとが接続される。

又、一般に、基板上に印刷されたペースト状の半田は、基板のパターンと多少のずれがあり、又、部品のリードを半田のほぼ重心部分に載置するため、特許文献１の記載にあるように、部品を基板に実装する前に基板を照明装置で照らして撮像し、画像認識により、印刷ずれや半田の重心を検出していた。

この検出の際、照明装置の取り付け位置を変更し、カメラの光軸に対して垂直に近い状態から基板に照明を照射することにより、電極パッド、半田、基板レジストにコントラストを生じさせ、認識する半田や基板に応じて、電極パッド、半田、及び、基板レジストを区別できるように照明の強度や２値化閾値等をオペレータが調整し、半田の重心を検出していた。

なお、特許文献２には、通常、基板にある認識マークの他に、第２の認識マークとしてクリーム半田を基板上に塗布し、この塗布した認識マークに基づき、実装目標位置を補正する技術が記載されている。

特許２６１７３７８号公報 特開平７−２２７９１号公報

しかしながら、ペースト状の半田の光沢は、半田メーカーの種類や半田の印刷状態や半田の乾燥状態等で変化し、更に、基板の反射状態も基板の材質などによって大きく変化する。このため、電極パッドと基板レジストとの中間の明度にある半田の画像のみを抽出できる照明強度や２値化閾値やカメラの感度といった画像認識に必要なパラメータを、半田の種類や基板の材質といった条件が変わるたびにオペレータが設定する必要があり、非常に作業の手間を要し、又、これらのパラメータの調整が難しいといった問題があった。

本発明は、前記従来の問題点を解消すべくなされたもので、半田の種類や基板の材質や半田の印刷状態といった条件が変化しても、画像認識に必要なパラメータを自動調整し、作業の効率化を図るようにすることを課題とする。

本発明は、基板の電極上に印刷された半田を画像認識し、電子部品を該基板上に実装する電子部品実装方法において、照明装置の照明の強度と、明度の高い画素を認識するための第１閾値、及び中間の明度の画素を認識するための前記第１閾値より低い第２閾値であって、前記照明の強度と前記第１閾値と前記第２閾値の少なくとも１つをパラメータとして所定範囲で変動させて、前記画像認識する画像に対して該第１閾値より高い明度の画素を該第２閾値より低い明度に変換し、該変換した画像から所定の特徴量を認識する処理を繰り返し、該特徴量が認識できた各パラメータの各中間値を求め、前記各中間値に基づいて半田を画像認識し、前記画像認識の認識結果に基づいて電子部品の電極（又はリード）が前記半田に載るように実装するようにして、前記課題を解決したものである。

前記特徴量が、前記半田印刷部のエッジとすることができる。

本発明は、又、基板の電極上に印刷された半田を画像認識し、電子部品を該基板上に実装する電子部品実装装置において、照明装置の照明の強度と、明度の高い画素を認識するための第１閾値、及び中間の明度の画素を認識するための前記第１閾値より低い第２閾値であって、前記照明の強度と前記第１閾値と前記第２閾値の少なくとも１つをパラメータとして所定の範囲で変動させ、前記画像認識する画像に対して該第１閾値より高い明度の画素を該第２閾値より低い明度に変換し、該変換された画像から所定の特徴量を認識する処理を繰り返し、該特徴量が認識できた各パラメータの各中間値を求め、前記各中間値に基づいて半田を画像認識する画像認識装置と、前記画像認識の認識結果に基づいて電子部品の電極が前記半田に載るように実装ヘッドを制御する制御部と、を有することで、前記課題を解決したものである。

本発明によれば、半田印刷認識用のパラメータを所定範囲で変動させて、画像から所定の特徴量を認識する処理を繰り返し、該特徴量が認識できた各パラメータの各中間値を求めるようにしたので、半田の種類や基板の材質の変化等により、撮像された画像のコントラストに変化があった場合でも、複雑な調整パラメータを自動で調整することができる。この自動調節されたパラメータに基づいて半田を画像認識し、該画像認識の認識結果に基づいて電子部品の電極が前記半田に載るように実装することにより作業の効率化を図ることができる。

又、特徴量を、前記半田印刷部のエッジとした場合は、容易に特徴量の認識の可否を判定でき、より早くパラメータを調整できる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

図１は、本発明の実施形態である電子部品実装装置の構成を示す平面図である。電子部品実装装置１０は、基板２を搬送する基板搬送装置１２と、基板２及び部品を撮像するＣＣＤカメラ１４が配設され、吸着ノズル１６により部品を基板２に実装する実装ヘッド１８と、該実装ヘッド１８がＸ軸方向に移動できるように実装ヘッド１８を取付けたＸ軸ガントリ２０と、該Ｘ軸ガントリ２０がＹ軸方向に移動できるようにＸ軸ガントリ２０を取付けたＹ軸ガントリ２２と、例えば、前記電子部品実装装置１０の前面に並設され、基板２に実装する部品を供給する部品供給装置２４と、を備えている。

前記基板２上には、図２に基板２の一部を拡大して示される如く、電極が形成され、基板レジストが塗布され、クリーム半田が印刷されていて、各々、電極パット部２Ａ、基板レジスト部２Ｂ、及び、半田印刷部２Ｃが形成されている。

前記実装ヘッド１８に配設されたＣＣＤカメラ１４の下部には、図２に示される如く、例えば、リング状照明装置２４が設置されている。

次に、電子部品実装装置１０の制御系の構成を図２に基づいて説明する。

制御系３０には、ＣＣＤカメラ１４により撮像した画像を取得して処理する画像処理装置３２と、リング状照明装置２４の照明の強度等を制御する照明制御装置３４と、実装ヘッド１８をＸ軸ガントリ２０に沿ってＸ軸方向に移動させるＸ軸モータ３６と、Ｘ軸ガントリ２０をＹ軸ガントリ２２に沿ってＹ軸方向に駆動して実装ヘッド１８を同方向に移動させるＹ軸モータ３８と、吸着ノズル１６をＺ軸方向（高さ方向）に昇降させるＺ軸モータ４０と、吸着ノズル１６をそのノズル中心軸を中心にして回転させるθ軸モータ４２と、吸着ノズル１６に真空の負圧を発生させるバキューム機構４４と、生産プログラム等を保持する記憶装置４６と、入出力手段４８と、これらを統括するメインコントローラ（制御部）５０とが含まれている。

画像処理装置３２は、リング状照明装置２４により照明の強度を変動させた下で撮像された基板２の画像を取得し、画像処理を行なうもので、Ａ／Ｄ変換器３２Ａ、メモリ３２Ｂ及びＣＰＵ３２Ｃからなり、ＣＣＤカメラ１４から出力されるアナログの画像信号をＡ／Ｄ変換器３２Ａによりデジタル信号に変換してメモリ３２Ｂに格納し、ＣＰＵ３２Ｃがその画像データに基づいて、後述する本発明に係るパラメータ調整方法によりパラメータが調節された後、半田の重心位置を算出するように構成されている。

入出力手段４８は、部品データ等のデータを入力するために用いられるキーボード４８Ａ及びマウス４８Ｂと、部品データ、演算データ、及び、認識カメラで撮像した部品の画像等を表示するモニタ（表示装置）４８Ｃとからなる。

メインコントローラ５０は、電子部品実装装置１０全体を制御するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）、並びにＲＡＭ、ＲＯＭ等から構成され、これに前記画像処理装置３２や照明制御装置３４等が接続され、各々を制御するようになっている。

次に、図３のフローチャートに基づき本発明に係る実施形態の手順を説明する。

まず、基板２上の部品実装位置に、部品を吸着ノズル１６で保持した実装ヘッド１８をＸ軸ガントリ２０及びＹ軸ガントリ２２により移動させ、ステップ１で、初期値のパラメータの下、前記部品実装位置付近の基板２を撮像し、画像データを取得する。

ここで、パラメータは、リング状照明装置（照明装置）２４の照明の強度と、後述する明度の高い電極を認識するための第１閾値θ１、及び中間の明度である半田印刷部を認識するための第１閾値θ１より低い第２閾値θ２である。なお、パラメータの初期値は、経験上最適なパラメータと想定される値や、パラメータを変動させる範囲の中間値である。

次に、ステップ２で、取得した画像データの認識を行う。この認識では、後述する方法により、取得した画像を前処理した後、特徴量として半田印刷部のエッジを認識する処理を行い、このエッジが認識可能か否かの認識を行う。

この認識後、ステップＳ３で、エッジの認識が可能であったか否かの認識結果をメモリ３２Ｂに保存する。

認識結果を保存した後、ステップＳ４で、予め設定されているパラメータを所定範囲で変動させたか否かの判定を行う。

もし、所定範囲での変動が終了していないならば、ステップ１に戻り、パラメータを一定量変動させる。例えば、照明を初期設定値の±５０％の範囲において１０％刻みで変化させる。なお、パラメータとして照明の強度を変えた場合は、再度ＣＣＤカメラ１４により撮像して、ステップＳ２に進む。

ステップＳ４で、パラメータに対して所定の範囲での変動が終ったならば、ステップＳ５で、エッジの認識が可能であったパラメータの中間値を求める。例えば、前述のように１０％刻みに変化させた照明の強度のうち、エッジ認識可能な範囲から、中間値、例えば、中央値を算出する。

エッジ認識可能な範囲から中間値を算出したら、ステップ６で、算出した中間値を、調整された最適なパラメータとして保存する。

次のステップ７では、全てのパラメータに関して調整が終了したか否か、即ち、中間値を算出したか否かを判定する。

全てのパラメータに関して終了していないならば、ステップ８で、まだ調整していないパラメータに、調整対象を変更する。その後、ステップ１に戻り、既に調整されたパラメータの下、例えば、既に調整された明度の強度の下、未だ調整していない第１閾値θ１、第２閾値θ２に関しても、これらを変動させた場合の認識の可否を記憶しておき、認識可能な範囲の中間値を保存する。

全てのパラメータに関して、調整が終了したならば、手順を終了する。

次に、ステップ２における認識処理の内容について詳説する。

図４（Ａ）に示される如く、画像データの中から、実装部品のサイズより少し大きい半田の重心算出領域６０を切り出す。なお、この図は最適な照明強度等の条件の下、電極を両端に有する角チップ部品を実装させる部品実装位置付近の基板を撮像した場合において、画像データを模式的に示した一例である。

撮像した画像において、明度の分布は高い順に、電極パッド部の画像６０Ａ、半田印刷部の画像６０Ｃ、基板レジスト部の画像６０Ｂの順となる。次に、重心算出領域６０の画素について第１閾値（第１の２値化閾値とも称する）θ１より高い明度の画素を第２閾値θ２より低い明度に変換する前処理を行う。例えば、最高明度（画素値）を２５５とする撮像システムで、例えば、図４（Ｂ）に示される如く、２００強の明度に第１の２値化閾値θ１を設定する。この閾値θ１を超える明度の画素を基板レジスト部の画像６０Ｂよりも低い明度、即ち、図４（Ｃ）に示される如く、例えば、明度０に変換すると、電極パッド部の画像６０Ａの明度は基板レジスト部の画像６０Ｂよりも低い明度となり、図５に示さる如く、電極パッド部の画像６０Ａは、明度０の電極パッド部の画像６２Ａとなり、変換した画像６２になる。この変換後の重心算出領域６２であれば、基板レジスト部の画像６０Ｂと半田印刷部の画像６０Ｃとを判別する第２閾値（第２の２値化閾値とも称する）θ２を設定することで、重心演算等で部品実装位置の半田印刷部の画像６０Ｃの重心を算出しやすくなる。

照明等の条件が悪い場合に照明調整機能を実現するために、変換後の重心算出領域６２内の特徴量を認識し、認識エラーを検出するような画像認識アルゴリズムを使用する。例えば、上述の前処理した後、図５に示されるように処理画像から一定の特徴量として半田印刷部の画像６０Ｃに対応するエッジを認識し、認識できなければ、認識エラーとする。

以上、説明した手順により、最適なパラメータとして各中間値を求めたならば、この中間値に基づいて半田を画像認識する。即ち、最適なパラメータの下で基板２上に印刷された半田を撮像し、半田の重心を算出する。この重心の位置情報（認識結果）に基づき部品の電極（又はリード）が半田に載るようにメインコントローラ５０が実装ヘッド１８を制御して、部品を基板２上に実装する。

以上、本実施形態により、自動的に最適な位置に部品を実装することができ、不良基板の発生を防ぐことができる。

又、本実施形態では、パラメータ空間を隈なく探索するのではなく、経験的に設定できる値又はパラメータを変動させる範囲の中間値等を初期値とし、この初期値の下、一のパラメータに関して調整し、この調整されたパラメータを初期値のものと入れ替え、更新された初期値の下、次のパラメータを順次調整することで、高速にパラメータを調整できる。

なお、ステップＳ２で第１閾値θ１より高い明度の画素を第２閾値θ２より低い明度に変換する場合、ルックアップテーブル（参照表）を用いて、処理速度を上げてもよい。

又、照明装置を複数台備え、各照明の強度を変えてもよい。この場合、照明装置の取付け位置を変えなくても、最適な角度からの照明を実現できる。

又、認識する特徴量としてのエッジの他に、変換後の重心算出領域６２の内の平均明度や重心算出領域６２の中心付近の平均明度等とし、特徴量の値が、一定の閾値を越えるか否かにより判定してもよい。

更に、特徴量の認識可能な範囲のパラメータの中間値として、中央値の他に範囲の最大値と最小値の平均でもよい。

本発明に係る実施形態の電子部品実装装置の概略を示す平面図 前記電子部品実装装置の制御系の構成を示すブロック図 本発明に係る実施形態の手順を示すフローチャート （Ａ）変換前の基板部分の画像を示す平面図、（Ｂ）変換前の明度のパターンを示す線図、及び、（Ｃ）変換後の明度のパターンを示す線図 変換後の基板部分の画像を示す平面図

符号の説明

２…基板
２Ａ…電極パッド部（基板の電極）
２Ｃ…半田印刷部（半田）
１０…電子部品実装装置
２４…リング状照明装置（照明装置）
３２…画像認識装置
５０…メインコントローラ（制御部）
６０…重心算出領域（画像）
６２…変換後の重心算出領域（変換した画像）
θ１…第１閾値
θ２…第２閾値

Claims (3)

1. 基板の電極上に印刷された半田を画像認識し、電子部品を該基板上に実装する電子部品実装方法において、
   照明装置の照明の強度と、明度の高い画素を認識するための第１閾値、及び中間の明度の画素を認識するための前記第１閾値より低い第２閾値であって、前記照明の強度と前記第１閾値と前記第２閾値の少なくとも１つをパラメータとして所定範囲で変動させて、
   前記画像認識する画像に対して該第１閾値より高い明度の画素を該第２閾値より低い明度に変換し、該変換した画像から所定の特徴量を認識する処理を繰り返し、
   該特徴量が認識できた各パラメータの各中間値を求め、
   前記各中間値に基づいて半田を画像認識し、
   前記画像認識の認識結果に基づいて電子部品の電極が前記半田に載るように実装することを特徴とする電子部品実装方法。
2. 前記特徴量が、前記半田印刷部のエッジであることを特徴とする電子部品実装方法。
3. 基板の電極上に印刷された半田を画像認識し、電子部品を該基板上に実装する電子部品実装装置において、
   照明装置の照明の強度と、明度の高い画素を認識するための第１閾値、及び中間の明度の画素を認識するための前記第１閾値より低い第２閾値であって、前記照明の強度と前記第１閾値と前記第２閾値の少なくとも１つをパラメータとして所定の範囲で変動させ、
   前記画像認識する画像に対して該第１閾値より高い明度の画素を該第２閾値より低い明度に変換し、該変換された画像から所定の特徴量を認識する処理を繰り返し、
   該特徴量が認識できた各パラメータの各中間値を求め、
   前記各中間値に基づいて半田を画像認識する画像認識装置と、
   前記画像認識の認識結果に基づいて電子部品の電極が前記半田に載るように実装ヘッドを制御する制御部と、
   を有することを特徴とする電子部品実装装置。

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