JP2009272495A - 光学的認識装置のパラメータ設定方法および光学的認識装置 - Google Patents

Abstract

【課題】光学的認識装置において、２以上のパラメータの設定に必要な認識操作の回数が少なくて済み、かつ、該パラメータの設定値を従来よりも細かくできるようにする。
【解決手段】２以上のパラメータの値を設定して、照明条件および／または認識条件を設定することができる光学的認識装置１０のパラメータ設定方法であって、前記２以上のパラメータの値をそれぞれ変動させて設定した条件ごとに認識対象の認識を行うステップと、前記認識が成功したか否かを判断するステップと、前記認識が成功したとき、設定した前記条件ごとに認識成功回数をカウントアップするステップと、設定した前記条件ごとに認識成功回数を記憶するステップと、前記パラメータごとに、変動させた値の加重平均値を認識成功回数の重みを加味して算出するステップと、前記パラメータごとに、算出した前記加重平均値に設定するステップと、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学的認識装置のパラメータ設定方法および光学的認識装置に関し、特に、２以上のパラメータの値を設定する場合に好適に用いることができる光学的認識装置のパラメータ設定方法および光学的認識装置に関する。

従来、光学的認識装置の照明の明るさは、設定可能な範囲内で、所定の刻みで照明の明るさを変動させながら、基板認識マークやはんだといったような認識対象を認識する操作を行い、認識対象を認識できる最小の明るさと最大の明るさを求め、その最小の明るさと最大の明るさの中間の明るさとなるように照明の明るさを設定していた（例えば、特許文献１参照）。

特開２０００−３３２５００号公報

しかしながら、前述の方法を用いて照明の明るさをより細かく設定するためには、変動させる明るさの刻み幅を小さくする必要があり、必要な認識操作の回数が多くなり、設定に時間を要していた。特に、設定対象の照明が複数あり照明用パラメータが複数ある場合や、照明の明るさの設定に加えて画像認識に用いるしきい値やカメラの感度（ゲイン）といった認識用パラメータも同時に設定する場合に、前述の方法を用いると、必要な認識操作の回数が膨大となり、設定に要する時間が非常に長いものとなっていた。

また、前述の方法を用いる場合、設定する照明の明るさは、変動させる明るさの刻み幅の２分の１の刻み幅でしか設定することができず、細かく設定することができなかった。

本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、２以上のパラメータの設定に必要な認識操作の回数が少なくて済み、かつ、該パラメータの設定値を従来よりも細かくすることができる、光学的認識装置のパラメータ設定方法および光学的認識装置を提供することを課題とする。

本発明に係る光学的認識装置のパラメータ設定方法は、２以上のパラメータの値を設定して、照明条件および／または認識条件を設定することができる光学的認識装置のパラメータ設定方法であって、前記２以上のパラメータの値をそれぞれ変動させて設定した条件ごとに認識対象の認識を行うステップと、前記認識が成功したか否かを判断するステップと、前記認識が成功したとき、設定した前記条件ごとに認識成功回数をカウントアップするステップと、設定した前記条件ごとに認識成功回数を記憶するステップと、前記パラメータごとに、変動させた値の加重平均値を認識成功回数の重みを加味して算出するステップと、前記パラメータごとに、算出した前記加重平均値に設定するステップと、を有することを特徴とする。

本発明に係る光学的認識装置は、２以上のパラメータの値を設定して、照明条件および／または認識条件を設定することができる光学的認識装置において、前記２以上のパラメータの値をそれぞれ変動させて設定した条件ごとに認識対象の認識を行う認識手段と、前記認識が成功したか否かを判断する判断手段と、前記認識が成功したとき、設定した前記条件ごとに認識成功回数をカウントアップするカウントアップ手段と、設定した前記条件ごとに認識成功回数を記憶する記憶手段と、前記パラメータごとに、変動させた値の加重平均値を認識成功回数の重みを加味して算出する加重平均値演算手段と、前記パラメータごとに、算出した前記加重平均値に設定するパラメータ設定手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、パラメータ（照明用パラメータおよび認識用パラメータ）ごとに、変動させた値の加重平均値を認識成功回数の重みを加味して算出することにより、最適なパラメータ値を設定することができるので、パラメータを変動させる際の刻み幅の大きさにとらわれず、より細かく最適値を求めることができる。

このため、認識対象と背景の輝度の差が小さい場合であっても、画像認識を良好に行うことができる。

また、細かくパラメータの最適値を求める際も、従来の方法のように、パラメータを変動させる際の刻み幅を小刻みにする必要がなく、少ない認識回数でより細かく最適値を求めることができるので、短時間に細かくパラメータの最適値を設定することが可能となる。

このため、例えば、基板の基板マークや治具基板のマーク等で照明用パラメータや認識用パラメータの設定を定期的に実行し、その設定結果を記録して比較し、基板や装置の状態を監視することも大きな負荷なくすることができる。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態に係る光学的認識装置１０について具体的に説明する。

図１は、光学的認識装置１０を用いて基板１の基板マーク１Ａを認識している状況を模式的に示すブロック図である。光学的認識装置１０は、認識手段１２（光学的認識機構部１４および認識演算部１６）と、記憶手段１８と、加重平均値演算手段２０と、パラメータ設定手段２２と、を有してなる。

認識手段１２は、光学的認識機構部１４と、認識演算部１６とからなり、光学的認識機構部１４は、同軸照明２４と、リング照明２６と、ハーフミラー２８と、認識カメラ３０と、を備えている。同軸照明２４は、ハーフミラー２８を介して、認識カメラ３０の光軸と平行な光で、基板マーク１Ａを照射している。リング照明２６は、斜め上方から基板マーク１Ａを照射している。図１では、リング状のリング照明２６の断面を描いたため、リング照明２６は２つ描いている。認識カメラ３０は、後述するような種々のパラメータの値をそれぞれ変動させて設定した条件ごとに認識対象物を撮像する。

認識演算部１６は、認識カメラ３０が認識対象物を各条件で撮像して得られた画像データに基づき演算を行い、例えばパターンマッチングや重心位置認識等の認識手法で対象物の認識を行うとともに、認識が成功したか否かを判断し、認識が成功したとき、設定した条件ごとに認識成功回数をカウントアップする。したがって、認識演算部１６は、認識手段であるとともに判断手段およびカウントアップ手段でもある。なお、認識が成功したか否かは、例えば、認識した対象物が予め設定した許容領域内に入っているかどうかで判断する。

記憶手段１８は、設定した条件ごとに前記認識演算部１６でカウントアップされた認識成功回数を記憶する。

加重平均値演算手段２０は、パラメータごとに、変動させた値の加重平均値を認識成功回数の重みを加味して算出する。

パラメータ設定手段２２は、パラメータごとに、算出した加重平均値に設定して、照明条件および／または認識条件を設定する。

次に、本実施形態に係る光学的認識装置１０において、２以上のパラメータの値を設定して、照明条件および／または認識条件を設定する本発明の実施態様を具体的に説明する。

第１実施態様は、図１に示す光学的認識装置１０において、同軸照明２４およびリング照明２６の明るさの設定（照明条件の設定）を行う実施態様であり、照明の明るさという照明用パラメータが２つある場合にその２つの照明用パラメータの設定を行う実施態様である。本実施態様では、同軸照明２４およびリング照明２６のどちらも、基準レベルの明るさに対して８０〜１２０％の範囲で個別に明るさを制御できるものとし、８０〜１２０％の範囲で明るさを変動ステップ２０％刻みでそれぞれ変動させて、同軸照明２４およびリング照明２６の明るさの設定を行う。この場合、照明の明るさを設定する際に変動させる照明の明るさは、同軸照明２４およびリング照明２６はどちらも、基準レベルの明るさに対して８０％、１００％、１２０％の３種類となる。

同軸照明２４とリング照明２６のどちらも、変動させる照明の明るさは３段階となるので、変動させる照明の明るさの組み合わせは９通りとなる。これら９通りの組み合わせのそれぞれにおいて、例えば１０回ずつ、パターンマッチングや重心位置認識等の認識手法で基板マーク１Ａを認識し、９通りの組み合わせのそれぞれにおいて認識成功回数を記憶する。下記表１に認識成功回数の一例を示す。

表１を用いて同軸照明２４の明るさを設定する方法について説明する。まず、横欄方向に認識回数を合算する。同軸照明２４を基準レベルの明るさに対して８０％で点灯した場合は１４回、１００％で点灯した場合は２２回、１２０％で点灯した場合は１８回認識に成功している。同軸照明２４の明るさの設定においては、リング照明２６の明るさの変動は計算に含めず、同軸照明２４の各明るさと認識に成功した各回数の積の和を算出し、その値を認識成功回数の総数で割ることで、変動させた明るさについて、認識成功回数の重みを加味した加重平均値を算出することができる。表１の結果では、同軸照明２４の明るさの設定値（最適値）は、基準レベルの明るさに対して、（８０×１４＋１００×２２＋１２０×１８）÷５４＝１０１．４≒１０１％となる。

リング照明２６の場合は、縦欄方向に認識回数を合算し、以降は同軸照明２４の場合と同様に計算して、リング照明２６の明るさの設定値を算出することができる。表１の結果では、リング照明２６の明るさの設定値（最適値）は、基準レベルの明るさに対して、（８０×９＋１００×２９＋１２０×１６）÷５４＝１０２．６≒１０３％となる。

次に、第２実施態様について説明する。第２実施態様は、第１実施態様の同軸照明２４およびリング照明２６に加えて、第三の照明（図示せず）がある場合について、明るさの設定（照明条件の設定）を行う実施態様であり、照明の明るさという照明用パラメータが３つある場合にその３つの照明用パラメータの設定を行う実施態様である。本実施態様では、同軸照明２４、リング照明２６および第三の照明のいずれも、基準レベルの明るさに対して８０〜１２０％の範囲で個別に明るさを制御できるものとし、８０〜１２０％の範囲で明るさを変動ステップ２０％刻みでそれぞれ変動させて、同軸照明２４、リング照明２６および第三の照明の明るさの設定を行う。この場合、照明の明るさを設定する際に変動させる照明の明るさは、同軸照明２４、リング照明２６および第三の照明のいずれも、基準レベルの明るさに対して８０％、１００％、１２０％の３種類となる。

同軸照明２４、リング照明２６および第三の照明のいずれも、変動させる照明の明るさは３段階となるので、変動させる照明の明るさの組み合わせは２７通りとなる。これら２７通りの組み合わせのそれぞれにおいて、例えば１０回ずつ、パターンマッチングや重心位置認識等の認識手法で基板マーク１Ａを認識し、２７通りの組み合わせのそれぞれにおいて認識成功回数を記憶する。

同軸照明２４は、基準レベルの明るさに対して８０％の明るさで２３回認識に成功し、１００％の明るさで４０回認識に成功し、１２０％の明るさで１８回認識に成功したとすると、同軸照明２４の明るさの設定値（最適値）は、基準レベルの明るさに対して、（８０×２３＋１００×４０＋１２０×１８）÷８１＝９８．８≒９９％となる。リング照明２６は、基準レベルの明るさに対して８０％の明るさで３２回認識に成功し、１００％の明るさで４５回認識に成功し、１２０％の明るさで４回認識に成功したとすると、リング照明２６の明るさの設定値（最適値）は、基準レベルの明るさに対して、（８０×３２＋１００×４５＋１２０×４）÷８１＝９３．１≒９３％となる。第三の照明は、基準レベルの明るさに対して８０％の明るさで１１回認識に成功し、１００％の明るさで５１回認識に成功し、１２０％の明るさで１９回認識に成功したとすると、第三の照明の明るさの設定値（最適値）は、基準レベルの明るさに対して、（８０×１１＋１００×５１＋１２０×１９）÷８１＝１０２．０≒１０２％となる。

なお、第１実施態様は、照明の明るさという照明用パラメータが２つある場合で、第２実施態様は、照明の明るさという照明用パラメータが３つある場合であったが、照明用パラメータが４つ以上ある場合であっても本発明を適用することができる。

次に、第３実施態様について説明する。第３実施態様は、第１実施態様の同軸照明２４およびリング照明２６の明るさ（照明用パラメータ）の設定（照明条件の設定）に加えて、画像データを認識する際の２値化しきい値（認識用パラメータ）の設定（認識条件の設定）をする実施態様である。第３実施態様では、同軸照明２４およびリング照明２６のどちらも、基準レベルの明るさに対して８０〜１２０％の範囲で個別に明るさを制御できるものとし、８０〜１２０％の範囲で明るさを変動ステップ２０％刻みでそれぞれ変動させ、２値化しきい値は２０〜４０の範囲で１０刻みで変動させて、同軸照明２４およびリング照明２６の明るさならびに２値化しきい値の設定を行う。この場合、変動させる照明の明るさは、同軸照明２４およびリング照明２６のどちらも、基準レベルの明るさに対して８０％、１００％、１２０％の３種類となり、変動させる２値化しきい値は、２０、３０、４０の３種類となる。

同軸照明２４およびリング照明２６のどちらにおいても、変動させる照明の明るさは３段階となり、変動させる２値化しきい値も３段階となるので、変動させる照明の明るさ（照明用パラメータ）および２値化しきい値（認識用パラメータ）の組み合わせは２７通りとなる。これら２７通りの組み合わせのそれぞれにおいて、例えば１０回ずつ、パターンマッチングや重心位置認識等の認識手法で基板マーク１Ａを認識し、２７通りの組み合わせのそれぞれにおいて認識成功回数を記憶する。下記表２および表３に認識成功回数の一例を示す。

表２に示す結果の場合、同軸照明２４は、基準レベルの明るさに対して８０％の明るさで２３回認識に成功し、１００％の明るさで４０回認識に成功し、１２０％の明るさで１８回認識に成功しているので、同軸照明２４の明るさの設定値（最適値）は、基準レベルの明るさに対して、（８０×２３＋１００×４０＋１２０×１８）÷８１＝９８．８≒９９％となる。リング照明２６は、基準レベルの明るさに対して８０％の明るさで３２回認識に成功し、１００％の明るさで４５回認識に成功し、１２０％の明るさで４回認識に成功しているので、リング照明２６の明るさの設定値（最適値）は、基準レベルの明るさに対して、（８０×３２＋１００×４５＋１２０×４）÷８１＝９３．１≒９３％となる。表３に示す結果の場合、２値化しきい値は、２値化しきい値２０で１１回認識に成功し、２値化しきい値３０で５１回認識に成功し、２値化しきい値４０で１９回認識に成功しているので、２値化しきい値の設定値（最適値）は、（２０×１１＋３０×５１＋４０×１９）÷８１＝３１．０≒３１となる。

第３実施態様は、照明の明るさという照明用パラメータ２つに加えて、２値化しきい値という認識用パラメータを１つ用いた実施態様であったが、認識用パラメータも、照明用パラメータと同様、２つ以上ある場合であっても、本発明を適用することができる。また、２以上の認識用パラメータのみを変動させて、認識用パラメータのみを設定する場合にも、本発明を適用することができる。

２値化しきい値という認識用パラメータを２つ用いることが好ましい場合としては、例えば、図２（Ａ）に示すように、プリント基板５２の電極５４上に印刷された半田ペースト５６を画像認識する場合がある。図２（Ａ）に、電極５４上に半田ペースト５６が印刷されたプリント基板５２を模式的に示し、図２（Ｂ）に、図２（Ａ）のＢ−Ｂ線における輝度分布を模式的に示す。

図２（Ｂ）に示すように、半田ペースト５６の領域の輝度は、電極５４の輝度とプリント基板５２の輝度の中間となることが多いので、この場合、半田ペースト５６の輝度を抽出するように、２つの２値化しきい値を認識用パラメータとして設定することが好ましい。ただし、半田ペースト５６の領域の輝度が、電極５４の輝度とプリント基板５２の輝度の中間となる場合、半田ペースト５６の領域の輝度と電極５４の輝度との差、および、半田ペースト５６の領域の輝度とプリント基板５２の輝度との差が小さくなるので、前記２つの２値化しきい値として設定する値は細かい数値とすることが必要となる場合がある。

以上、本発明の実施態様におけるパラメータ設定方法について説明したが、この設定方法が有効となる理由は、一般的に、認識対象を認識する操作をしたとき、正常に認識できる認識成功率は、パラメータ（照明の明るさのような照明用パラメータ、２値化しきい値のような認識用パラメータ）の最適値を中心に、図３に示すように、おおよそ正規分布となるからである。このため、パラメータ（照明用パラメータおよび認識用パラメータ）ごとに、変動させた値の加重平均値を認識成功回数の重みを加味して算出することにより、最適なパラメータ値を設定することができる。なお、図３では、パラメータとして照明の明るさを取り上げている。

以上説明したように、本発明の実施態様のパラメータ設定方法を用いれば、パラメータ（照明用パラメータおよび認識用パラメータ）ごとに、変動させた値の加重平均値を認識成功回数の重みを加味して算出することにより、最適なパラメータ値を設定することができるので、第１実施態様〜第３実施態様に示す照明用パラメータ（照明の明るさ）のように、照明の明るさを、基準レベルの明るさに対して８０％、１００％、１２０％と２０％刻みで変動させた場合であっても、例えば第３実施態様のリング照明２６の明るさの設定値の９３％のように、変動させる際の刻み幅の大きさにとらわれず、より細かく最適値を求めることができる。また、第３実施態様に示す認識用パラメータ（２値化パラメータ）のように、２値化パラメータを、２０、３０、４０と１０刻みで変動させた場合であっても、第３実施態様の２値化パラメータの設定値の３１のように、変動させる際の刻み幅の大きさにとらわれず、より細かく最適値を求めることができる。

このため、プリント基板５２の電極５４上に印刷された半田ペースト５６の位置を認識する場合のように、認識対象と背景の輝度の差が小さい場合であっても、画像認識を良好に行うことができる。

また、細かくパラメータの最適値を求める際も、従来の方法のように、パラメータを変動させる際の刻み幅を小刻みにする必要がなく、少ない認識回数でより細かく最適値を求めることができるので、短時間に細かくパラメータの最適値を設定することが可能となる。

また、本発明の実施態様のパラメータ設定方法では、上述のように短時間に細かくパラメータの最適値を設定することができるので、例えば、基板１の基板マーク１Ａ（図１参照）や治具基板のマーク（図示せず）等で照明用パラメータや認識用パラメータの設定を定期的に実行し、その設定結果を記録して比較し、基板や装置の状態を監視することも大きな負荷なくすることができる。また、基板や装置の状態に異常（例えば、レンズの汚れや照明用ランプの切れ等が考えられる）があれば警告を出力するように装置を構成することもできる。

光学的認識装置を用いて基板の基板マークを認識している状況を模式的に示すブロック図 （Ａ）電極上に半田ペーストが印刷されたプリント基板を模式的に示す平面図、（Ｂ）図２（Ａ）のＢ−Ｂ線における輝度分布を模式的に示すグラフ図 パラメータとして照明の明るさを取り上げた場合の認識成功率を模式的に示すグラフ図

符号の説明

１…基板
１Ａ…基板マーク
１０…光学的認識装置
１２…認識手段
１４…光学的認識機構部
１６…認識演算部
１８…記憶手段
２０…加重平均値演算手段
２２…パラメータ設定手段
２４…同軸照明
２６…リング照明
２８…ハーフミラー
３０…認識カメラ
５２…プリント基板
５４…電極
５６…半田ペースト

Claims (2)

1. ２以上のパラメータの値を設定して、照明条件および／または認識条件を設定することができる光学的認識装置のパラメータ設定方法であって、
   前記２以上のパラメータの値をそれぞれ変動させて設定した条件ごとに認識対象の認識を行うステップと、
   前記認識が成功したか否かを判断するステップと、
   前記認識が成功したとき、設定した前記条件ごとに認識成功回数をカウントアップするステップと、
   設定した前記条件ごとに認識成功回数を記憶するステップと、
   前記パラメータごとに、変動させた値の加重平均値を認識成功回数の重みを加味して算出するステップと、
   前記パラメータごとに、算出した前記加重平均値に設定するステップと、
   を有することを特徴とする光学的認識装置のパラメータ設定方法。
2. ２以上のパラメータの値を設定して、照明条件および／または認識条件を設定することができる光学的認識装置において、
   前記２以上のパラメータの値をそれぞれ変動させて設定した条件ごとに認識対象の認識を行う認識手段と、
   前記認識が成功したか否かを判断する判断手段と、
   前記認識が成功したとき、設定した前記条件ごとに認識成功回数をカウントアップするカウントアップ手段と、
   設定した前記条件ごとに認識成功回数を記憶する記憶手段と、
   前記パラメータごとに、変動させた値の加重平均値を認識成功回数の重みを加味して算出する加重平均値演算手段と、
   前記パラメータごとに、算出した前記加重平均値に設定するパラメータ設定手段と、
   を有することを特徴とする光学的認識装置。