JP2008159890A - マークの位置認識方法および位置認識装置、位置認識プログラム、部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの上昇と工程の増加の問題を招来することなくマークの位置認識に要する時間を短縮できるマークの位置認識方法等を提供する。
【解決手段】撮像領域ａを撮像した画像データを記憶し、最初に、撮像領域ａより狭小な第１の処理領域ａ１内の画像データのみの画像処理を行い、第１の処理領域ａ１内に第１のマーク１０ａの全体が含まれていないときにのみ画像処理を行う領域を第１の処理領域ａ１より広大な第２の処理領域ａ２に拡大するようにした。第１のマーク１０ａの全体が第１の処理領域ａ１内に含まれている場合には、撮像領域ａや第２の処理領域ａ２内の画像データを画像処理する場合に比べてより短時間で第１のマーク１０ａの位置認識が完了する。
【選択図】図３

Description

本発明は、基板に設けられたマークの位置認識を行う位置認識方法および位置認識装置、位置認識プログラム、部品実装装置に関するものである。

半導体チップ等の部品をプリント配線基板（以下、単に基板という。）に正確に実装するため、基板に設けられたマークの位置に基づいて基板の位置を正確に認識する位置認識作業が行われている。

基板には数箇所のマークが設けられており、これらのマークをカメラで撮像した画像データを解析することで、基板の位置や角度を認識している。基板は、部品の実装を行う実装装置に搬入されると、所定の実装位置で一時的に固定された状態で部品の実装が行われる。従って、部品の実装に先立って一時固定された基板のマークを撮像して基板の正確な位置を認識することになるが、一時固定される位置には若干の遊びが設けられているため、基板の位置再現性にはある程度のバラツキが生じ、マークがカメラの視野内に収まらないことがあった。これにより、マークの撮像が正しく行われないことによる認識エラーが生じ、稼働が停止してしまう事態を招来して生産性の低下につながっていた。

このような問題を解決するため、従来、マークの画像データの解析結果に基づいてカメラの位置を補正し、マークをカメラの視野内に収めることで認識エラーの発生を防止する手法が提案されている（特許文献１参照）。また、視野の広狭を切り替え可能にすることでマークを確実に撮像する手法も提案されている（特許文献２参照）
特開平４−３５８８３２号公報 特開２００６−５８４９６号公報

ところで、カメラで撮像された画像データの処理時間は視野内にある画素数と関連しているため、狭視野とすることで処理時間を短縮することができるが、視野内にマークが収まらない可能性が高くなるというトレードオフの関係にある。従って、カメラの位置補正量の算出に際し、マークを確実に視野内に収めるためには広視野とする必要があるので、画像処理時間が短縮されにくいという問題がある。また、視野を切り替える場合には、視野角の異なる複数のカメラを用意し、異なる視野毎に撮像を行う必要が生じるため、コストの上昇と工程の増加の問題を招来することになる。

そこで本発明は、コストの上昇と工程の増加の問題を招来することなくマークの位置認識に要する時間を短縮できるマークの位置認識方法および位置認識装置、位置認識プログラム、部品実装装置を提供することを目的とする。

請求項１記載のマークの位置認識方法は、基板に設けられたマークを含む撮像領域を撮像した画像の画像処理により前記マークの位置を認識するマークの位置認識方法であって、前記撮像領域画像のうち前記撮像領域より狭小な第１の処理領域内における画像のみを画像処理する工程を含む。

請求項２記載のマークの位置認識方法は、請求項１に記載のマークの位置認識方法であ
って、前記第１の処理領域内に前記マークが含まれていないときに、前記第１の処理領域より広大な第２の処理領域内における画像のみを画像処理する工程をさらに含む。

請求項３記載のマークの位置認識方法は、請求項２に記載のマークの位置認識方法であって、前記マークと対をなす他のマークの位置認識を行うときに、前記撮像領域内で認識された前記マークの位置を基準として前記撮像領域より狭小な第３の処理領域内における画像のみを画像処理する工程をさらに含む。

請求項４記載のマークの位置認識方法は、請求項２に記載のマークの位置認識方法であって、前記マークと対をなす他のマークの位置認識を行うときに、前記撮像領域内で認識された前記マークの位置を基準として前記第１の処理領域より狭小な第３の処理領域内における画像のみを画像処理する工程をさらに含む。

請求項５記載のマークの位置認識装置は、基板に設けられたマークを含む撮像領域を撮像した画像の画像処理により前記マークの位置を認識するマークの位置認識装置であって、前記マークを含む撮像領域を撮像する撮像手段と、前記撮像領域画像のうち前記撮像領域の任意の領域内における画像のみを画像処理する画像処理手段とを備えた。

請求項６記載の位置認識プログラムは、基板に設けられたマークを含む撮像領域を撮像する撮像手段と、前記撮像領域の任意の領域内における画像のみを画像処理する画像処理手段とを備え、前記任意の領域を撮像した画像の画像処理により前記マークの位置を認識するマークの位置認識装置における位置認識プログラムであって、前記画像処理手段に、前記撮像領域より狭小な第１の処理領域内における画像のみの画像処理を実行させ、前記第１の処理領域内に前記マークが含まれていないときには前記第１の処理領域より広大な第２の処理領域内における画像のみの画像処理を実行させる。

請求項７記載の部品実装装置は、請求項５に記載のマークの位置認識装置によって認識されたマークの位置に基づいて前記基板に設定された実装箇所に部品の実装を行う。

本発明によれば、基板に設けられたマークを含む撮像領域を撮像した画像の画像処理によりマークの位置を認識するとき、撮像領域より狭小な処理領域内における画像のみを画像処理することで、処理領域内に含まれるマークの位置認識に要する時間の短縮を実現することができる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の部品実装装置の斜視図、図２は本発明の実施の形態の位置認識装置の構成図、図３は本発明の実施の形態の撮像領域と処理領域のサイズおよび位置関係を示す説明図、図４は本発明の実施の形態の位置認識装置における位置認識フローチャートである。

最初に、部品実装装置について説明する。図１、図２において、部品実装装置１は、基板搬送装置３、部品供給装置４、直動装置５、実装ヘッド６、基板カメラ７、位置認識装置８、制御装置９を備えている。基板搬送装置３は、基板２を搬送する基板搬送手段として機能するとともに所定の位置で基板２を保持する基板保持手段としても機能する。基板搬送装置３は、実装前の基板２を部品実装装置１に搬入し、所定の実装位置で保持し、実装後の基板２を部品実装装置１から搬出するまでの一連の基板搬送動作を行う。部品供給装置４は、筐体内部に収納した複数の部品を外部に供給する部品供給手段として機能し、基板搬送装置３の両側方に複数並列して配置されている。

直動装置５は、実装ヘッド６と基板カメラ７を水平移動させる水平移動手段として機能する。実装ヘッド６は、部品供給装置４から供給される部品Ｐをピックアップした後、基板２に設定された実装箇所に実装する一連の部品実装動作を繰り返し行う。基板カメラ７は、複数の光電素子が格子状に配列されたＣＣＤを搭載し、基板２に設けられた基板位置認識用のマーク１０およびその周辺領域を撮像する撮像手段として機能する。位置認識装置８は、基板カメラ７による撮像画像の画像処理を行い、マーク１０の位置認識を行う位置認識手段として機能する。位置認識装置８において認識されたマーク１０の位置認識結果に基づいて制御装置９が直動装置５の駆動制御を行うことで、実装ヘッド６にピックアップされた部品Ｐが基板２に設定された実装箇所に正確に実装される。

なお、基板２は複数のモジュール基板２ａをキャリアボード２ｂに並置したものであり、各モジュール基板２ａの対角部に一対のマーク１０が設けられている。各モジュール基板２ａの対角部に一対のマーク１０ａ、１０ｂを設けることで、モジュール基板２ａの位置だけでなく角度も認識することが可能であり、また２つのマーク１０ａ、１０ｂ間の距離が長くなるのでモジュール基板２ａの位置認識精度がより向上する。

次に、位置認識装置について説明する。図２において、位置認識装置８は、画像データ記憶部１１、処理領域記憶部１２、画像処理部１３、画像処理制御部１４を備えている。画像データ記憶部１１は、基板カメラ７により撮像された画像を光電変換したデジタルデータを記憶する。処理領域記憶部１２は、基板カメラ７により撮像された画像の全領域のうち画像処理を行う領域のサイズ（処理領域サイズ）と位置（処理領域位置）を組み合わせた複数のパターンを予め記憶する。

画像処理部１３は、処理領域記憶部１２に予め記憶された複数の処理領域のうち任意の処理領域における画像のみを画像処理する画像処理手段として機能する。画像処理制御部１４は、位置認識プログラムに基づいて位置認識装置８におけるマークの位置認識動作制御を行う。基板位置認識用のマーク１０は各モジュール基板２ａの対角部にそれぞれ１箇所ずつ計２箇所に設けられているので、制御装置９は直動装置５と基板カメラ７の動作制御を行い、最初に何れか一方の対角部に基板カメラ７を位置決めし、第１のマーク１０が含まれる領域の撮像を行った後、他方の対角部に基板カメラ７を移動させ、第２のマーク１０が含まれる領域の撮像を行う。

次に、処理領域記憶部１２に予め記憶された処理領域サイズと処理領域位置について説明する。図３において、撮像領域ａは基板カメラ７により第１のマーク１０ａが含まれる領域を撮像したときの撮像視野を示している。第１の処理領域ａ１は、基板カメラ７の撮像中心ｏ１を基準とし、撮像領域ａより狭小で、かつ第１のマーク１０ａの全体を収め得るサイズに設定されている。また、第２の処理領域ａ２は第１の処理領域ａ１より広大なサイズに設定され、撮像領域ａの略全域を含んでいる。

一方、撮像領域ｂは基板カメラ７により第２のマーク１０ｂが含まれる領域を撮像したときの撮像視野を示している。第３の処理領域ｂ１は、基板カメラ７の撮像中心ｏ１に対する第１のマーク１０ａの位置ｏ２を基準とし、撮像領域ｂより狭小で、かつ第２のマーク１０ｂの全体を収め得るサイズに設定されている。また、第４の処理領域ｂ２は、基板カメラ７の撮像中心ｏ１を基準として第３の処理領域ｂ１より広大なサイズに設定され、撮像領域ｂの略全域を含んでいる。

これらの第１の処理領域ａ１、第２の処理領域ａ２、第３の処理領域ｂ１、第４の処理領域ｂ２は、それぞれの処理領域サイズと処理領域位置が予め処理領域記憶部１２に記憶されている。画像処理部１３における画像処理にかかる時間は、データ処理すべきデジタルデータの数に概ね比例するため、実際に撮像した撮像領域ａより狭小な第１の処理領域
ａ１内における画像のみを画像処理することで処理時間を格段に短縮することができる。しかし、第１の処理領域ａ１は撮像領域ａに比べ狭小であるため、図３（ａ）に示すように第１のマーク１０ａの全体が領域内に含まれない場合がある。この場合は、より広大な第２の処理領域ａ２まで画像処理領域を広げることで、第１のマーク１０ａの全体が領域内に含まれるようになり、第１のマーク１０ａの認識が可能になる。

第１の処理領域ａ１は、第１のマーク１０ａの全体を収め得るサイズであれば狭小であるほど画像処理時間を短縮できるが、第１のマーク１０ａの全体が含まれる蓋然性が低くなり、逆に広大であるほど第１のマーク１０ａの全体が含まれる蓋然性が高くなるが、より多くの画像処理時間を要するというトレードオフの関係にある。従って、第１の処理領域ａ１のサイズや位置は、生産現場の工程や当該位置認識装置８を適用する部品実装装置１の位置精度等の各種条件を勘案して適宜変更することも可能である。

第１の処理領域ａ１と同様に、第３の処理領域ｂ１も撮像領域ｂに比べ狭小であるが、基板カメラ７の撮像中心ｏ１を基準として設定された第１の処理領域ａ１とは異なり、基板カメラ７の撮像中心ｏ１に対する第１のマーク１０ａの位置ｏ２を基準とし設定されている。これは、第１のマーク１０ａと第２のマーク１０ｂはモジュール基板２ａの対角部において固定された位置関係にあり、第１のマーク１０ａが基板カメラ７の撮像中心ｏ１からずれた位置にある場合、第２のマーク１０ｂも同様のずれが生じている蓋然性が高いため、予めずれを考慮した位置に画像処理領域を設定するようにしたものである。これにより、狭小な第３の処理領域ｂ１であっても第２のマーク１０ｂの全体が含まれる蓋然性が高くなるという利点がある。

なお、第１の処理領域ａ１に第１のマーク１０ａの全体が領域内に含まれる場合には、基板２（モジュール基板２ａ）が所定の実装位置に精度良く保持されているということであり、第２のマーク１０ｂも基板カメラ７の撮像中心ｏ１の近傍に位置する蓋然性が高いため、第３の処理領域ｂ１を第１の処理領域ａ１より狭小に設定し、画像処理時間の短縮を図ることができる。また、第１の処理領域ａ１に第１のマーク１０ａの全体が領域内に含まれない場合でも、検出した第１のマーク１０ａの位置ｏ２を基準にして第３の処理領域ｂ１を設定している。これは、予めずれを考慮した位置に画像処理領域を設定することで、第１の処理領域ａ１より狭小な第３の処理領域ｂ１内で第２のマーク１０ｂを検出できる蓋然性が高いからである。

次に、マークの位置認識方法について説明する。図４は、モジュール基板２ａの対角部に対をなして設けられた第１のマーク１０ａと第２のマーク１０ｂの位置認識動作をフローチャートで示している。まず、部品実装装置１の所定の位置に保持された基板２（モジュール基板２ａ）の一方の対角部、すなわち第１マーク位置に基板カメラ７を移動させ（ＳＴ１）、第１のマーク１０ａが含まれる撮像領域ａを撮像する（ＳＴ２）。撮像を終えた基板カメラ７は他方の対角部、すなわち第２マーク位置に移動させ、撮像を待機させる（ＳＴ３）。

同時に、撮像領域ａの画像データを画像データ記憶部に記憶し（ＳＴ４）、最初に、画像処理を行う領域を第１の処理領域ａ１に設定する（ＳＴ５）。第１の処理領域ａ１内に第１のマーク１０ａの全体が含まれていないときには、画像処理を行う領域をより広大な第２の処理領域ａ２に再設定する（ＳＴ６）。しかし、第２の処理領域ａ２内にも第１のマーク１０ａの全体が含まれていないときには、再度基板カメラ７を第１マーク位置に移動させ（ＳＴ１）、第１のマーク１０ａの全体が撮像されるように前回とは異なる領域を再撮像する。撮像領域を変更しながら複数回の再撮像を行っても認識が適切に行われない場合は、基板２の保持状態に問題がある場合が考えられるので、位置認識動作を一時停止し、エラー処理を行う（ＳＴ７）。

一方、第１の処理領域ａ１内もしくは第２の処理領域ａ２内に第１のマーク１０ａの全体が含まれている場合には認識が適切に行われ、第１のマーク１０ａの位置認識が完了する。次に、第２のマークの位置認識に移行し、第２マーク位置に待機させた基板カメラ７により第２のマーク１０ｂが含まれる撮像領域ｂを撮像する（ＳＴ８）。撮像を終えた基板カメラ７は、位置認識を行う基板２（モジュール基板２ａ）が他に存在する場合には、その基板２（モジュール基板２ａ）の第１マーク位置に移動し、撮像を待機する。

同時に、撮像領域ｂの画像データを画像データ記憶部に記憶し（ＳＴ９）、最初に、画像処理を行う領域を第３の処理領域ｂ１に設定する（ＳＴ１０）。第３の処理領域ｂ１内に第２のマーク１０ｂの全体が含まれていないときには、画像処理を行う領域をより広大な第４の処理領域ｂ２に再設定する（ＳＴ１１）。しかし、第４の処理領域ｂ２内にも第２のマーク１０ｂの全体が含まれていないときには、再度基板カメラ７を第２マーク位置に移動させ（ＳＴ３）、第２のマーク１０ｂの全体が撮像されるように前回とは異なる領域を再撮像する。撮像領域を変更しながら複数回の再撮像を行ってもパターン認識が適切に行われない場合は、基板２の保持状態に問題がある場合が考えられるので、位置認識動作を一時停止し、エラー処理を行う（ＳＴ１２）。

なお、本発明のマークの位置認識方法および位置認識装置、位置認識プログラムは、基板に設けられたマークの位置認識を要する全ての装置において適用が可能であり、部品実装装置に適用する場合であっても上記の構成を備えた部品実装装置１に限定されるものではない。

本発明によれば、基板に設けられたマークを含む撮像領域を撮像した画像の画像処理によりマークの位置を認識するとき、撮像領域より狭小な処理領域内における画像のみを画像処理することで、処理領域内に含まれるマークの位置認識に要する時間の短縮を実現することができるという利点を有し、特に多数のマークの位置認識が必要な複数のモジュール基板を用いた実装分野において特に有用である。

本発明の実施の形態の部品実装装置の斜視図 本発明の実施の形態の位置認識装置の構成図 本発明の実施の形態の撮像領域と処理領域のサイズおよび位置関係を示す説明図 本発明の実施の形態の位置認識装置における位置認識フローチャート

符号の説明

１ 部品実装装置
２ 基板
７ 基板カメラ
８ 位置認識装置
１０ａ 第１のマーク
１０ｂ 第２のマーク
１３ 画像処理部
ａ、ｂ 撮像領域
ａ１ 第１の処理領域
ａ２ 第２の処理領域
ｂ１ 第３の処理領域
ｂ２ 第４の処理領域
ｏ２ 第１のマークの位置

Claims (7)

1. 基板に設けられたマークを含む撮像領域を撮像した画像の画像処理により前記マークの位置を認識するマークの位置認識方法であって、
   前記撮像領域画像のうち前記撮像領域より狭小な第１の処理領域内における画像のみを画像処理する工程を含むマークの位置認識方法。
2. 前記第１の処理領域内に前記マークが含まれていないときに、前記第１の処理領域より広大な第２の処理領域内における画像のみを画像処理する工程をさらに含む請求項１に記載のマークの位置認識方法。
3. 前記マークと対をなす他のマークの位置認識を行うときに、前記撮像領域内で認識された前記マークの位置を基準として前記撮像領域より狭小な第３の処理領域内における画像のみを画像処理する工程をさらに含む請求項２に記載のマークの位置認識方法。
4. 前記マークと対をなす他のマークの位置認識を行うときに、前記撮像領域内で認識された前記マークの位置を基準として前記第１の処理領域より狭小な第３の処理領域内における画像のみを画像処理する工程をさらに含む請求項２に記載のマークの位置認識方法。
5. 基板に設けられたマークを含む撮像領域を撮像した画像の画像処理により前記マークの位置を認識するマークの位置認識装置であって、
   前記マークを含む撮像領域を撮像する撮像手段と、前記撮像領域画像のうち前記撮像領域の任意の領域内における画像のみを画像処理する画像処理手段とを備えたマークの位置認識装置。
6. 基板に設けられたマークを含む撮像領域を撮像する撮像手段と、前記撮像領域の任意の領域内における画像のみを画像処理する画像処理手段とを備え、前記任意の領域を撮像した画像の画像処理により前記マークの位置を認識するマークの位置認識装置における位置認識プログラムであって、
   前記画像処理手段に、前記撮像領域より狭小な第１の処理領域内における画像のみの画像処理を実行させ、前記第１の処理領域内に前記マークが含まれていないときには前記第１の処理領域より広大な第２の処理領域内における画像のみの画像処理を実行させる位置認識プログラム。
7. 請求項５に記載のマークの位置認識装置によって認識されたマークの位置に基づいて前記基板に設定された実装箇所に部品の実装を行う部品実装装置。

Images