JP2012233782A - 形状認識方法、形状認識装置及び実装基板生産装置 - Google Patents

Abstract

【課題】物体が高速で移動し、物体の大きさによって必要とされる分解能が異なる場合でも、当該物体の形状認識を精度良く行うことができる形状認識方法を提供する。
【解決手段】物体の形状認識方法であって、基準光を物体上の投影領域に投影する基準光投影ステップ（Ｓ１０２）と、基準光が投影された投影領域のうちライン状の領域を撮像する基準光撮像ステップ（Ｓ１０４）と、輝度の傾斜方向に輝度が異なる輝度傾斜量を有する光である輝度傾斜光を投影領域に投影する傾斜光投影ステップ（Ｓ１０６）と、輝度傾斜光の投影方向と異なる撮像方向で、輝度傾斜光が投影された投影領域のうち、輝度傾斜光の輝度の傾斜方向と異なる方向に延びて配置されるライン状の領域を撮像する傾斜光撮像ステップ（Ｓ１０８）と、基準光撮像ステップ（Ｓ１０４）と傾斜光撮像ステップ（Ｓ１０８）での撮像結果を用いて物体の形状を認識する形状認識ステップ（Ｓ１１０）とを含む。
【選択図】図５

Description

本発明は、物体の形状を認識する形状認識方法、形状認識装置及び当該形状認識装置によって部品の形状を認識する実装基板生産装置に関する。

部品が実装された実装基板を生産するための実装基板生産システムは、基板に部品を実装する部品実装装置や基板に実装された部品を検査する検査装置などの実装基板生産装置を備えている。そして、部品実装装置では、部品の実装精度を向上するために、部品を実装する前に、ノズルに吸着した部品の形状を認識する。また、検査装置では、基板への部品の実装状態を検査するために、基板上の部品の形状を認識する。このため、精度良く実装基板を生産するためには、これらの部品の形状認識を精度良く行う必要がある。

そこで、従来、複数のストライプパターンを物体に投光し、当該物体をカメラで撮像して、当該物体の形状認識を行う技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。つまり、この従来の技術では、濃度勾配を持った複数のパターン光を静止した物体に投光し、当該物体の全体をエリアセンサで撮像することで、様々な大きさの物体の形状認識を行うことができる。

特開２００４−７７２９０号公報

しかしながら、上記従来の技術では、以下の２つの課題を有する。

第１の課題は、上記従来の技術では、高速で移動している物体の形状認識を行うことが困難であることである。

つまり、従来の技術では、物体の全体をエリアセンサで撮像することで当該物体の形状認識を行っているため、物体が静止していることが前提である。しかし、部品実装装置では、ノズルに吸着された部品を高速移動中に、当該部品の形状を認識する必要がある。このため、従来の技術では、物体が高速で移動している場合には、エリアセンサで精度良く撮像することが困難であるため、部品実装装置で必要とされるような高速で移動している物体の形状認識を行うことは困難である。

第２の課題は、上記従来の技術では、物体の大きさによって要望される分解能が異なる場合には、当該分解能で形状認識を行うことは困難であることである。

つまり、従来の技術では、物体のどの位置においても同じ分解能であるため、一定の大きさの物体を均一な分解能で形状認識するには適している。しかし、検査装置では、基板上の形状認識が必要な部品は大小様々であり、特に小さい部品（高さが低い部品）ほど高い分解能で形状認識を行う必要がある。このため、従来の技術では、検査装置で必要とされるような、物体の大きさによって必要とされる分解能が異なる形状認識への適用が困難である。

そこで、本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、物体が高速で移動している場合でも、物体の大きさによって必要とされる分解能が異なる場合でも、当該物体の形状認識を精度良く行うことができる形状認識方法、形状認識装置及び実装基板生産装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る形状認識方法は、物体の形状を認識する形状認識方法であって、輝度が一定の光である基準光を、前記物体上の投影領域に投影する基準光投影ステップと、前記基準光が投影された前記投影領域のうちライン状の領域を撮像する基準光撮像ステップと、傾斜した輝度分布を有する光であって、当該輝度の傾斜方向に輝度が異なる輝度の変化量である輝度傾斜量を有する光である輝度傾斜光を、前記投影領域に投影する傾斜光投影ステップと、前記輝度傾斜光の投影方向と異なる撮像方向で、前記輝度傾斜光が投影された前記投影領域のうち、前記輝度傾斜光の輝度の傾斜方向と異なる方向に延びて配置されるライン状の領域を撮像する傾斜光撮像ステップと、前記基準光撮像ステップでの撮像結果と前記傾斜光撮像ステップでの撮像結果とを用いて、前記物体の形状を認識する形状認識ステップとを含む。

これによれば、基準光が投影された領域のうちライン状の領域を撮像し、輝度傾斜方向に輝度が異なる輝度傾斜量を有する輝度傾斜光が投影された領域のうちライン状の領域を撮像することで、物体の形状を認識する。ここで、撮像は少なくとも１つのライン状の領域で行われる、つまり１ライン分の撮像しか行わなくてよいため、処理が速く、物体が高速で移動している場合でも、撮像可能である。また、例えば、輝度傾斜方向に輝度が異なる輝度傾斜量を有する輝度傾斜光を、物体の高さが低いエリアでの輝度傾斜量を大きくして形成することで、当該低いエリアでの分解能を高くすることができる。このように、輝度傾斜光を、物体の大きさによって必要とされる分解能になるような輝度傾斜量で形成することで、物体の大きさによって必要とされる分解能で形状認識を行うことができる。これにより、物体が高速で移動している場合でも、物体の大きさによって必要とされる分解能が異なる場合でも、当該物体の形状認識を精度良く行うことができる。

また、好ましくは、前記傾斜光投影ステップでは、輝度が異なる輝度傾斜方向に第一輝度傾斜量と前記第一輝度傾斜量よりも輝度傾斜量が小さい第二輝度傾斜量とを有する光であって、前記第一輝度傾斜量で線形に傾斜した輝度分布を有する光を含む前記輝度傾斜光、または前記第一輝度傾斜量から前記第二輝度傾斜量に非線形に傾斜した輝度分布を有する光を含む前記輝度傾斜光を投影する。

これによれば、輝度傾斜光は、輝度傾斜量が大きい線形の傾斜光を含むか、または、輝度傾斜量が減少するように傾斜した輝度分布を有する非線形の傾斜光を含む光である。つまり、輝度傾斜光は、輝度の傾斜方向に急勾配の直線または曲線状に輝度が変化する光を含む。これにより、輝度傾斜光のうち輝度傾斜量が大きい部分を、形状認識の分解能を向上させたい部分に対応させることで、物体の形状認識を精度良く行うことができる。

また、好ましくは、前記傾斜光投影ステップでは、前記物体を挟む両側のそれぞれから、前記投影領域に、輝度傾斜方向に輝度が異なる前記輝度傾斜光を投影する。

これによれば、物体を挟む両側から輝度傾斜光を投影する。ここで、物体の形状によっては、輝度傾斜光が、物体の一部に遮られて、形状を認識したい物体上の投影領域に投影されない場合がある。このため、物体の両側から輝度傾斜光を投影することで、輝度傾斜光が物体の一部に遮られることなく、当該輝度傾斜光を物体上の投影領域に投影することができる。

また、好ましくは、前記傾斜光投影ステップでは、前記物体を挟む両側のうち一方からの前記輝度傾斜光である第一輝度傾斜光と、前記両側のうち他方からの前記輝度傾斜光である第二輝度傾斜光であって、前記物体に対して前記第一輝度傾斜光と対称の輝度の傾斜を有する第二輝度傾斜光を投影する。

これによれば、物体を挟む両側のうちの一方からの輝度傾斜光と他方からの輝度傾斜光とは、物体に対して対称の輝度の傾斜を有する。これにより、両側からの輝度傾斜光が同じ特性で傾斜しているので、形状の認識を容易に行うことができる。

また、好ましくは、前記傾斜光投影ステップでは、前記物体の載置面において、前記第一輝度傾斜光と前記第二輝度傾斜光とが重ならないように、前記第一輝度傾斜光と前記第二輝度傾斜光とを投影する。

これによれば、物体の載置面において、第一輝度傾斜光と第二輝度傾斜光とを、重ならないように投影する。これにより、物体の形状を認識するための輝度傾斜光を有効に活用することができるので、物体の形状認識範囲を広げることができる。

また、好ましくは、前記傾斜光投影ステップでは、波長が異なる複数の前記輝度傾斜光を投影する。

これによれば、波長が異なる複数の輝度傾斜光を投影する。例えば、赤色に着色されている物体と青色に着色されている物体とを形状認識する必要がある場合には、赤色に着色されている物体には青色の輝度傾斜光を投影し、青色に着色されている物体には赤色の輝度傾斜光を投影することで、当該２つの物体の形状を認識することができる。このように、波長が異なる複数の輝度傾斜光を、物体の状態に応じて使い分けて投影することで、様々な物体の形状を認識することができる。

また、好ましくは、前記傾斜光投影ステップでは、前記投影領域のうちの第一高さまで投影する前記輝度傾斜光と、前記投影領域のうち前記第一高さから第二高さまで投影する前記輝度傾斜光とを投影する。

これによれば、投影領域の異なる高さに対応して、複数の輝度傾斜光を投影する。これにより、物体の高さに応じて、投影する輝度傾斜光を傾斜させることができるので、様々な大きさの物体の形状を認識することができ、物体の形状認識範囲を広げることができる。

また、好ましくは、前記基準光撮像ステップでは、前記物体を挟む両側のそれぞれから、前記投影領域に前記基準光を投影する。

これによれば、物体を挟む両側から基準光を投影する。これにより、物体の両側から基準光を投影することで、基準光が物体の一部に遮られることなく、当該基準光を物体上の投影領域に投影することができる。

また、上記目的を達成するために、本発明に係る形状認識装置は、物体の形状を認識する形状認識装置であって、輝度が一定の光である基準光を、前記物体上の投影領域に投影する基準光投影部と、前記基準光が投影された前記投影領域のうちライン状の領域を撮像するライン状の基準光撮像部と、傾斜した輝度分布を有する光であって、当該輝度の傾斜方向に輝度が異なる輝度の変化量である輝度傾斜量を有する光である輝度傾斜光を、前記投影領域に投影する傾斜光投影部と、前記輝度傾斜光の投影方向と異なる撮像方向で、前記輝度傾斜光が投影された前記投影領域のうち、前記輝度傾斜光の輝度の傾斜方向と異なる方向に延びて配置されるライン状の領域を撮像するライン状の傾斜光撮像部と、前記基準光撮像部での撮像結果と前記傾斜光撮像部での撮像結果とを用いて、前記物体の形状を認識する形状認識部とを備える。

これによれば、基準光が投影された領域をライン状の基準光撮像部で撮像し、輝度傾斜方向に輝度が異なる輝度傾斜量を有する輝度傾斜光が投影された領域をライン状の傾斜光撮像部で撮像することで、物体の形状を認識する。ここで、ライン状の撮像部では、１ライン分の撮像しか行わないため、処理が速く、物体が高速で移動している場合でも、撮像可能である。また、例えば、異なる輝度傾斜量を有する輝度傾斜光を、物体の高さ方向の低いエリアでの輝度傾斜量を大きくして形成することで、物体の高さ方向の低いエリアでの分解能を高くすることができる。このように、物体の大きさによって必要とされる分解能になるような輝度傾斜量で輝度傾斜光の輝度傾斜方向の輝度分布を形成することで、物体の大きさによって必要とされる分解能で形状認識を行うことができる。これにより、物体が高速で移動している場合でも、物体の大きさによって必要とされる分解能が異なる場合でも、当該物体の形状認識を精度良く行うことができる。

また、好ましくは、前記傾斜光投影部は、前記物体を挟む両側に配置され、当該両側のそれぞれから前記投影領域に、輝度傾斜方向に輝度が異なる前記輝度傾斜光を投影する。

これによれば、物体を挟む両側からそれぞれ輝度傾斜光を投影する。ここで、物体の形状によっては、輝度傾斜光が、物体の一部に遮られて、物体上の投影領域に投影されない場合がある。このため、物体の両側からそれぞれ輝度傾斜光を投影することで、輝度傾斜光が物体の一部に遮られることなく、当該輝度傾斜光を物体上の投影領域に投影することができる。

また、好ましくは、前記基準光投影部は、前記物体を挟む両側に配置され、当該両側のそれぞれから前記投影領域に前記基準光を投影する。

これによれば、物体を挟む両側からそれぞれ基準光を投影する。これにより、物体の両側から基準光を投影することで、基準光が物体の一部に遮られることなく、当該基準光を物体上の投影領域に投影することができる。

なお、本発明は、このような形状認識方法及び形状認識装置として実現することができるだけでなく、基板に実装される部品を認識する、または基板に実装された部品を検査するための形状認識装置を備える実装基板生産装置としても実現することができる。また、形状認識方法に含まれる特徴的な処理をコンピュータに実行させるプログラムや当該処理部を備える集積回路として実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。

本発明により、物体が高速で移動している場合でも、物体の大きさによって必要とされる分解能が異なる場合でも、当該物体の形状認識を精度良く行うことができる。

本発明の実施の形態１における実装基板生産システムの構成を示す外観図である。 本発明の実施の形態１における検査装置が備える形状認識装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態１における傾斜光投影部が投影する輝度傾斜光を説明する図である。 本発明の実施の形態１における形状認識装置の機能構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態１における形状認識装置の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１における形状認識装置が行う処理を説明する図である。 本発明の実施の形態１における形状認識装置が行う処理を説明する図である。 本発明の実施の形態１における形状認識装置が行う処理を説明する図である。 本発明の実施の形態１における形状認識装置が行う処理を説明する図である。 本発明の実施の形態１における形状認識装置が行う処理を説明する図である。 本発明の実施の形態１の変形例１における傾斜光投影部が投影する輝度傾斜光を説明する図である。 本発明の実施の形態１の変形例２における傾斜光投影部による輝度傾斜光の投影を説明する図である。 本発明の実施の形態１の変形例３における傾斜光投影部による輝度傾斜光の投影を説明する図である。 本発明の実施の形態１の変形例４における複数の傾斜光投影部による輝度傾斜光の投影を説明する図である。 本発明の実施の形態１の変形例５における複数の傾斜光撮像部による撮像を説明する図である。 本発明の実施の形態２における形状認識装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２における第一傾斜光投影部及び第二傾斜光投影部が投影する輝度傾斜光を説明する図である。 本発明の実施の形態２における第一傾斜光投影部及び第二傾斜光投影部が投影する輝度傾斜光を説明する図である。 本発明の実施の形態２の変形例１における第一傾斜光投影部及び第二傾斜光投影部が投影する輝度分布の輝度傾斜光を説明する図である。 本発明の実施の形態２の変形例３における第一傾斜光投影部及び第二傾斜光投影部が投影する輝度傾斜光を説明する図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る実装基板生産システムが備える実装基板生産装置、及び実装基板生産装置が備える形状認識装置について、説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における実装基板生産システム１０の構成を示す外観図である。

実装基板生産システム１０は、上流側の実装基板生産装置から下流側の実装基板生産装置に基板２０を搬送し、基板２０に電子部品などの部品が実装された実装基板２０ａを生産するシステムである。同図に示すように、実装基板生産システム１０は、実装基板生産装置として、２台の部品実装装置２００、印刷装置３００、３台の検査装置４００、接着剤塗布装置５００及びリフロー炉６００を備えている。

部品実装装置２００は、部品を基板２０に実装する装置である。印刷装置３００は、ペースト状のはんだであるソルダーペーストを基板２０の表面にスクリーン印刷するスクリーン印刷機である。接着剤塗布装置５００は、基板上に接着剤を塗布する装置である。リフロー炉６００は、部品が実装された基板２０を熱することにより、はんだ等を溶かした後、部品を基板上に固定させる装置である。

検査装置４００は、基板上の状態を検査する装置である。具体的には、検査装置４００は、印刷装置３００によるはんだ付け状態の外観を検査する検査装置４００と、部品実装装置２００による基板上の部品の装着状態を検査する検査装置４００と、リフロー炉６００による熱処理後の基板上の部品の装着状態を検査する検査装置４００との３台の装置が備えられている。

そして、この検査装置４００は、基板上の部品の装着状態を検査するために、基板上の部品の形状を認識する形状認識装置１００を備えている。

図２は、本発明の実施の形態１における検査装置４００が備える形状認識装置１００の構成を示す図である。

形状認識装置１００は、基板上の部品などの物体３０の形状を認識する装置である。同図に示すように、形状認識装置１００は、基準光投影部１１０、基準光撮像部１２０、傾斜光投影部１３０及び傾斜光撮像部１４０を備えている。ここでは、形状認識装置１００は、物体３０の形状を認識するために、物体３０に対して同図のＹ軸方向に相対的に移動する。つまり、物体３０が形状認識装置１００に対して移動する構成であってもよいし、形状認識装置１００が物体３０に対して移動する構成であってもよい。

基準光投影部１１０は、物体３０上の投影領域に、輝度が一定の光である基準光を投影する光源である。この光源は、プロジェクタのような均一照明光学系で構成され、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）や液晶等により実現することができる。

ここで、輝度が一定とは、基準となる一定の輝度値に誤差のばらつきを含めた範囲をいう。つまり、基準光は、輝度が変化しない一定の光であるのが好ましいが、基準の光として使用できる範囲内であれば、所定の範囲内のばらつきがあっても構わない。

具体的には、基準光投影部１１０が斜め下方向に基準光を照射しながら、形状認識装置１００が物体３０に対して同図のＹ軸方向に相対的に移動することで、基準光投影部１１０は、物体３０上の投影領域に向けて基準光を投影する。なお、基準光投影部１１０による基準光の投影方向は、基準光投影部１１０が物体３０上の投影領域に向けて基準光を投影することができるのであれば、斜め下方向には限定されない（ツールに物体（部品）が保持された状態で斜め下方向から投影する構成等も含まれる）。

基準光撮像部１２０は、当該基準光が投影された当該投影領域のうち、ライン状の領域を撮像するライン状の撮像部である。ここでは、基準光撮像部１２０は、同図のＸ軸方向に延びて配置され、物体３０に基準光が投影された領域をＸ軸方向のライン状に撮像するラインカメラである。つまり、基準光撮像部１２０は、形状認識装置１００が物体３０に対して同図のＹ軸方向に移動することで基準光が投影された物体３０上の投影領域を、撮像する。

傾斜光投影部１３０は、傾斜した輝度分布を有する光であって、当該輝度の傾斜方向に輝度が異なる輝度の変化量である輝度傾斜量を有する光である輝度傾斜光を、物体３０上の当該投影領域に投影する光源である。この光源についても、基準光投影部１１０と同様に、プロジェクタのような光学系で構成され、ＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｒｒｏｒ Ｄｅｖｉｃｅ）や液晶等により輝度の傾斜方向に輝度が異なる輝度傾斜光の投影を実現することができる。

なお、傾斜した輝度分布とは、輝度（濃度）の分布が直線や曲線状の傾斜分布で表されるものをいい、輝度傾斜光は、当該投影領域上でＹ軸方向の輝度の傾斜方向に傾斜した輝度分布を有する光である。この輝度傾斜光の詳細な説明については、後述する。

具体的には、傾斜光投影部１３０がＹ軸方向の斜め下方向に輝度傾斜光を照射しながら、形状認識装置１００が物体３０に対して同図のＹ軸方向に相対的に移動することで、傾斜光投影部１３０は、物体３０上の投影領域に向けて輝度の傾斜方向に輝度が異なる輝度傾斜光を投影する。なお、傾斜光投影部１３０の投影方向は、基準光投影部１１０の投影方向と同方向であるのが好ましく、傾斜光投影部１３０が投影する光の色は、基準光投影部１１０が投影する光の波長と同波長であるのが好ましい。

ライン状の領域を撮像する傾斜光撮像部１４０は、当該輝度傾斜光の投影方向と異なる撮像方向で、輝度傾斜光が投影された当該投影領域のうち、輝度傾斜光の輝度の傾斜方向（例えばＹ軸方向）と異なる方向（例えばＸ軸方向）に延びて配置されるライン状の領域を撮像するライン状の撮像部である。

ここでは、傾斜光撮像部１４０は、輝度傾斜光の輝度の傾斜方向であるＹ軸方向とは異なる方向であるＸ軸方向に延びて配置されている。また、傾斜光撮像部１４０は、撮像方向が輝度傾斜光の投影方向であるＹ軸方向の斜め下方向とは異なるＺ軸方向であり、当該投影領域のうちＸ軸方向に延びて配置されるライン状の領域を撮像するラインセンサ（ラインカメラ）である。この傾斜光撮像部１４０は、形状認識装置１００が物体３０に対して同図のＹ軸方向に相対的に移動することで輝度傾斜光が投影された物体３０上の投影領域を、撮像する。

次に、傾斜光投影部１３０が投影する輝度傾斜光について、詳細に説明する。

図３は、本発明の実施の形態１における傾斜光投影部１３０が投影する輝度傾斜光を説明する図である。

同図に示すように、傾斜光投影部１３０が投影する輝度の傾斜方向に輝度が異なる輝度傾斜光は、形状を認識する物体３０の高さに対する輝度の大きさが輝度の傾斜方向に非線形に傾斜している曲線で表され、輝度が変化している光である。具体的には、物体３０の高さが高くなるほど、物体３０の上面に投影された光の輝度は大きくなるが、当該輝度の増加量は減少する。つまり、当該高さが低い場合は（同図の高さＡ１）、高さの変化による輝度の傾斜は急激であり（同図の区間Ａ２）、当該高さが高い場合は（同図の高さＢ１）、高さの変化による輝度の傾斜は緩やかである（同図の区間Ｂ２）。

このように、傾斜光投影部１３０は、輝度の傾斜方向に輝度が異なる度合いを表す輝度傾斜量における第一輝度傾斜量（例えば、区間Ａ２内の輝度傾斜量）と第一輝度傾斜量よりも輝度傾斜量が小さい第二輝度傾斜量（例えば、区間Ｂ２内の輝度傾斜量）とを有する光であって、第一輝度傾斜量から第二輝度傾斜量に非線形の異なる輝度傾斜量の曲線で傾斜した輝度分布を有する光を含む輝度傾斜光を投影する。

次に、形状認識装置１００が、図２に示した各部を制御する機能構成について、詳細に説明する。

図４は、本発明の実施の形態１における形状認識装置１００の機能構成を示すブロック図である。

同図に示すように、形状認識装置１００は、図２に示した基準光投影部１１０、基準光撮像部１２０、傾斜光投影部１３０及び傾斜光撮像部１４０の他に、各部を制御する形状認識制御部１０１を備えている。なお、この形状認識制御部１０１は、検査装置４００に組み込まれた各部を制御するコンピュータであるが、パーソナルコンピュータ等の汎用のコンピュータシステムがプログラムを実行することによって実現されることにしてもよい。

形状認識制御部１０１は、投影処理部１０２、撮像処理部１０３及び形状認識部１０４を備えている。

投影処理部１０２は、基準光投影部１１０及び傾斜光投影部１３０を制御する。具体的には、投影処理部１０２は、基準光投影部１１０に基準光を物体３０上の投影領域に投影させるとともに、傾斜光投影部１３０に輝度の傾斜方向に輝度が異なる輝度傾斜光を物体３０上の当該投影領域に投影させる。

撮像処理部１０３は、基準光撮像部１２０及び傾斜光撮像部１４０を制御する。具体的には、撮像処理部１０３は、基準光撮像部１２０に物体３０上に対して基準光が投影された投影領域のうちライン状の領域（Ｘ軸方向のライン状の領域）を撮像させるとともに、傾斜光撮像部１４０に物体３０上に対して輝度傾斜光が投影された投影領域のうちライン状の領域（Ｘ軸方向のライン状の領域）を撮像させる。

形状認識部１０４は、基準光撮像部１２０での撮像結果と傾斜光撮像部１４０での撮像結果とを用いて、物体３０の形状（高さ、位置等）を認識する。具体的には、形状認識部１０４は、当該撮像結果から物体３０の投影領域での高さを検出することで、物体３０の形状を認識する。

なお、形状認識制御部１０１は、ＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）やＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）等の表示部や、キーボードやマウス等の入力部等を備えていてもよい。

次に、形状認識装置１００が物体３０の形状を認識する処理について、説明する。

図５は、本発明の実施の形態１における形状認識装置１００の動作の一例を示すフローチャートである。

図６Ａ〜図８は、本発明の実施の形態１における形状認識装置１００が行う処理を説明する図である。

図５に示すように、まず、基準光投影部１１０は、投影処理部１０２の指示に従って、物体（３０、３１、３２）上の投影領域に、輝度が一定の光である基準光を投影する（Ｓ１０２）。例えば、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、基準光投影部１１０は、事前に物体３１の情報（標準的な反射率など）を取得しておく事で、ハレーションしない輝度で最大の輝度を基準光として一様に照射することができ、物体３１上の投影領域に基準光を投影し物体の反射率の情報を得る。ここで、例えば物体３１は、高さｈが低い物体である。

そして、図５に戻り、基準光撮像部１２０は、撮像処理部１０３の指示に従って、物体上に対して当該基準光が投影された当該投影領域のうち、ライン状の領域を撮像する（Ｓ１０４）。図６Ａ及び図６Ｂでは、基準光撮像部１２０は、物体３１上の投影領域のうち、Ｘ軸方向に延びて配置されるライン状の領域を撮像する。

つまり、形状認識装置１００は、物体３１に対して同図のＹ軸方向に相対的に移動しており、当該相対的な移動中に、基準光投影部１１０が物体３１上の投影領域に基準光を投影し、基準光撮像部１２０が物体３１上の当該投影領域のうちライン状の領域を撮像する。

そして、図５に戻り、傾斜光投影部１３０は、投影処理部１０２の指示に従って、傾斜した輝度分布を有する光であって、当該輝度の傾斜方向に異なる輝度の輝度傾斜量を有する光である輝度傾斜光を、物体上の当該投影領域に投影する（Ｓ１０６）。つまり、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、形状認識装置１００が物体３１に対して同図のＹ軸方向にさらに相対的に移動し、傾斜光投影部１３０は、物体３１上のＸ軸方向の投影領域に輝度の傾斜方向に輝度が異なるように輝度が傾斜している輝度傾斜光を投影する。

そして、図５に戻り、傾斜光撮像部１４０は、撮像処理部１０３の指示に従って、当該輝度傾斜光の投影方向（例えば、Ｙ軸方向斜め下方向）と異なる撮像方向（例えば、Ｚ軸方向）で、輝度傾斜光が投影された当該投影領域のうち、輝度傾斜光の輝度の傾斜方向（Ｙ軸方向）と異なる方向（Ｚ軸方向）に延びて配置されるライン状の領域を撮像する（Ｓ１０８）。図６Ａ及び図６Ｂでは、傾斜光撮像部１４０は、下方に相対的に移動してきた物体３１上の投影領域のうち、Ｘ軸方向に延びて配置されるライン状の領域を撮像する。

なお、形状認識装置１００は、事前に物体３１の情報（標準的な反射率、高さ等の形状情報）を取得しておくことで、誤った部品が撮像された場合でも、エラー情報として速やかに処理することができる。また、形状認識装置１００は、当該情報を用いて、高さ計測において補正値換算等の補正処理を行うこともできる。

そして、形状認識部１０４は、基準光撮像部１２０での撮像結果と傾斜光撮像部１４０での撮像結果とを用いて、物体３１の形状を認識する（Ｓ１１０）。ここで、具体的に説明するために、撮像部としてセンサ３つを使用した場合を想定して説明を行う。

図７Ａに示すように、基準光撮像部１２０、傾斜光撮像部１４０、及び無投光撮像部１５０のそれぞれの撮像領域上での物体３１上の光強度をＨ（ａ）、Ｈ（ｂ）、Ｈ（ｃ）とする。また、各撮像部で撮像される輝度（単位面積あたりの光強度）を、それぞれＩ（ａ）、Ｉ（ｂ）、Ｉ（ｃ）とすると、無投光撮像部１５０において、光投影部から光が投影されない状態である無投影状態では、外光が物体３１上で反射した輝度Ｉ（ｃ）が撮像されるが、物体３１の反射率をＲ（ｄ）とすると、Ｉ（ｃ）は以下の式１のように表すことができる。

Ｉ（ｃ）＝Ｈ（ｃ）×Ｒ（ｄ） （式１）

また、輝度Ｉ（ａ）、Ｉ（ｂ）は、投影光の各々の撮像部への反射率をＲ（ｅ）とすると、外光の影響（反射率Ｒ（ｄ））を合わせて、それぞれ以下の式２、３のように表すことができる。

Ｉ（ａ）＝Ｈ（ａ）×Ｒ（ｅ）＋Ｈ（ｃ）×Ｒ（ｄ） （式２）
Ｉ（ｂ）＝Ｈ（ｂ）×Ｒ（ｅ）＋Ｈ（ｃ）×Ｒ（ｄ） （式３）

ここで、基準光として一定強度光を投影した場合と、傾斜光として傾斜光を投影した場合との輝度比をＪとして定義し、上記式に適用すると、輝度比Ｊは撮像される物体の高さｈの関数Ｆ（ｈ）として、以下式４のように表す事ができる。

Ｊ＝｛Ｉ（ｂ）−Ｉ（ｃ）｝／｛Ｉ（ａ）−Ｉ（ｃ）｝
＝Ｈ（ｂ）／Ｈ（ａ）
＝Ｆ（ｈ） （式４）

ここで、Ｆ（ｈ）が一価の逆関数Ｆ^-1（ｈ）を持つ場合、物体の高さｈは、以下の式５のように、輝度比Ｊの関数Ｆ^-1（Ｊ）から求める事ができる。

ｈ＝Ｆ^-1（Ｊ） （式５）

よって、輝度比Ｊと物体の高さｈとの関係を予め求めておくことで、物体上のライン状の領域を撮像する撮像部から得られた輝度情報から、物体の高さを求めることができる。

なお、本説明では、無投影状態を表すために３つの構成で説明をしたが、無投影状態の光強度Ｈ（ｃ）、輝度Ｉ（ｃ）、また物体の反射率Ｒ（ｄ）を事前に計測し、取得しておくことでＩ（ｃ）の値は求まるため、本件では、撮像部として基準撮像部１２０と傾斜光撮像部１４０との２つのセンサの情報のみで、高さ情報を求める事が可能である。

なお、図７Ｂに示すように、傾斜光投影部１３０が投影する輝度傾斜方向（Ｙ軸方向）に輝度が非線形に傾斜している輝度傾斜光Ｐにおいて、物体における高さｈ１での輝度の差Ｄ１と高さｈ２での輝度の差Ｄ２との差分は、差分Ｄ３である。ここで、例えば輝度傾斜方向（Ｙ軸方向）に輝度が直線的に傾斜する輝度傾斜光Ｑにおいては、高さｈ１での輝度の差と高さｈ２での輝度の差との差分は、差分Ｄ４であり、差分Ｄ３よりも小さな値になる。このため、傾斜光投影部１３０が投影する輝度傾斜光Ｐを用いることで、直線的に輝度が傾斜する輝度傾斜光Ｑよりも、高さの低い物体の形状認識を精度良く行うことができる。

また、図８に示すように、高さが高い物体３２の形状認識においては、傾斜光投影部１３０は、傾斜光撮像部１４０が撮像する物体３２上のライン状の領域（Ｘ軸方向の撮像領域）に対する物体３２の輝度傾斜光の投影領域に輝度傾斜光を投影することができないため、傾斜光撮像部１４０は、輝度傾斜光が投影された投影領域を撮像することができない。このため、物体３２上の当該撮像領域に光が投影されていない状態で、形状認識部１０４は、傾斜光撮像部１４０での撮像結果のみから物体３２の形状を認識すれば、物体３２の高さが０と誤認識してしまうおそれがある。

しかし、このような場合であっても、基準光撮像部１２０が物体３２を撮像し、形状認識部１０４は、基準光撮像部１２０での撮像結果と傾斜光撮像部１４０での撮像結果とを用いて、物体３１の形状を認識するため、物体３２の高さが０と誤認識することを防ぐことができる。

以上により、形状認識装置１００が物体の形状を認識する処理は終了する。

（実施の形態１の変形例１）
次に、実施の形態１の変形例１について、説明する。上記実施の形態１では、傾斜光投影部１３０は、図３に示された輝度傾斜光を投影することとした。しかし、本変形例１では、傾斜光投影部１３０は、上記実施の形態１とは輝度傾斜が異なる輝度傾斜光を投影する。

図９は、本発明の実施の形態１の変形例１における傾斜光投影部１３０が投影する輝度傾斜光を説明する図である。

同図の（ａ）は、図３に示された上記実施の形態１での輝度傾斜光を、上下対称にした非線形の輝度傾斜光を示している。つまり、物体の高さが高くなるほど輝度の減少量が減少しており、当該高さが低い場合は、高さの変化による輝度の減少は急激であり、当該高さが高い場合は、高さの変化による輝度の減少は緩やかである。

また、同図の（ｂ）は、二段階で曲線的に傾斜する輝度傾斜光を示している。つまり、物体の高さが低い場合は、高さの変化による輝度の傾斜は急激であり、所定以上の高さの区間において当該高さが高い場合においても、高さの変化による輝度の傾斜は急激である。この場合、高さが低い物体のみならず、高さが高い物体の形状も精度良く認識することができる。

これらのように、傾斜光投影部１３０は、輝度傾斜が少なくとも１つの変曲点を有し、またさらには第一輝度傾斜量と第一輝度傾斜量と異なる第一輝度傾斜量よりも小さい輝度傾斜量の第二輝度傾斜量とを有する光であって、第一輝度傾斜量から第二輝度傾斜量に非線形に傾斜した輝度分布を有する複数あるいは多段の輝度傾斜の光を含む輝度傾斜光を投影する。

また、同図の（ｃ）は、直線的に輝度が傾斜する少なくとも１つの変曲点を有する輝度傾斜光を示している。つまり、物体の高さが低い場合は、高さの増加によって輝度は直線的に急激に増加し、当該高さが高い場合は、高さの増加によって輝度は直線的に緩やかに増加している。

このように、傾斜光投影部１３０は、輝度傾斜方向に第一輝度傾斜量と第一輝度傾斜量よりも小さい輝度傾斜量の第二輝度傾斜量とを有する光であって、第一輝度傾斜量で線形に傾斜した輝度分布を有する光を含む輝度傾斜光を投影することにしてもよい。

なお、図３に示された上記実施の形態１での輝度傾斜光と図９における同図の（ａ）に示した輝度傾斜光との関係のように、同図の（ｂ）または（ｃ）の輝度傾斜光を上下対称にした輝度傾斜光を、傾斜光投影部１３０が投影することにしてもよい。

（実施の形態１の変形例２）
次に、実施の形態１の変形例２について、説明する。上記実施の形態１では、図２及び図３に示したように、傾斜光投影部１３０は、物体のＹ軸方向の図示右斜め上方から輝度傾斜光を投影することとした。しかし、本変形例２では、傾斜光投影部は、物体のＹ軸方向の図示左斜め上方から輝度傾斜光を投影する。

図１０は、本発明の実施の形態１の変形例２における傾斜光投影部１３０ａによる輝度傾斜光の投影を説明する図である。

同図に示すように、傾斜光投影部１３０ａは、物体３０のＹ軸方向の図示左斜め上方から輝度傾斜光を投影する。また、傾斜光撮像部１４０は、当該輝度傾斜光の投影方向（Ｙ軸方向）と異なる撮像方向（Ｚ軸方向）で、輝度傾斜光が物体３０上に投影された当該投影領域のうち、輝度傾斜光の輝度の傾斜方向（Ｙ軸方向）と異なる方向（Ｘ軸方向）に延びて配置されるライン状の領域を撮像する。

ここで、同図の（ａ）または（ｂ）に示すように、傾斜光投影部１３０ａが投影する輝度傾斜光は、実施の形態１と同様に、物体３０の高さが高くなるほど輝度の傾斜方向に輝度が異なる度合い（傾き）である傾斜量が減少している光である。つまり、当該高さが低い場合は（同図の高さＡ１）、高さの変化による輝度の傾斜は急激であり（同図の区間Ａ２）、当該高さが高い場合は（同図の高さＢ１）、高さの変化による輝度の傾斜は緩やかである（同図の区間Ｂ２）。

なお、傾斜光投影部１３０ａの輝度傾斜光の投影方向は、物体３０のＹ軸方向の図示右斜め上方や左斜め上方に限定されず、傾斜光投影部１３０ａの投影方向と傾斜光撮像部１４０の撮像方向とが異なる方向、かつ、輝度傾斜光の輝度傾斜方向と傾斜光撮像部１４０のライン状の撮像領域とが異なる方向になるような投影方向であればよい。また、傾斜光投影部１３０ａが投影する輝度傾斜光は、図９の（ｂ）または（ｃ）に示されたように１つ以上の変曲点を有して傾斜する輝度傾斜光であってもよい。

（実施の形態１の変形例３）
次に、実施の形態１の変形例３について、説明する。本変形例３では、傾斜光投影部が投光する物体への投光角度αを可変可能になるように、移動可能な傾斜光投影部を備える。

図１１は、本発明の実施の形態１の変形例３における傾斜光投影部１３０ｂによる輝度傾斜光の投影を説明する図である。

同図に示すように、形状認識装置１００は、物体３０への傾斜光の投光角度αを可変するように、移動機構（図示せず）によって移動可能な傾斜光投影部１３０ｂを備えている。このように、傾斜光投影部１３０ｂを移動させることで、傾斜光の投光角度αが大きくなり、傾斜光撮像部１４０による物体の形状が認識可能な高さを、同図に示すＬ１からＬ２に増加させることができる。

（実施の形態１の変形例４）
次に、実施の形態１の変形例４について、説明する。本変形例４では、傾斜光投影部が複数備えられている。

図１２は、本発明の実施の形態１の変形例４における複数の傾斜光投影部による輝度傾斜光の投影を説明する図である。

同図に示すように、形状認識装置１００は、高さＬ１の区間Ｌ１’（高さ０〜高さＬ１の区間）を投影する実施の形態１での傾斜光投影部１３０に加え、高さＬ３の区間Ｌ３’（高さＬ１〜高さＬ３の区間）を投影する傾斜光投影部１３０ｃを備えている。つまり、傾斜光投影部１３０は、投影領域のうちの第一高さまで投影する輝度傾斜光を投影し、傾斜光投影部１３０ｃは、投影領域のうち第一高さから第二高さまで投影する輝度傾斜光を投影する。

ここで、上記変形例３では、傾斜光投影部１３０ｂを移動させて物体の形状が認識可能な高さを増加させた場合、形状認識の精度が低下する。しかし、本変形例４では、高さＬ１の区間Ｌ１’を投影する傾斜光投影部１３０と、高さＬ３の区間Ｌ３’を投影する傾斜光投影部１３０ｃとにより、各区間で物体の形状を精度良く認識することができる。

（実施の形態１の変形例５）
次に、実施の形態１の変形例５について、説明する。本変形例５では、傾斜光撮像部が複数備えられている。

図１３は、本発明の実施の形態１の変形例５における複数の傾斜光撮像部による撮像を説明する図である。

同図に示すように、形状認識装置１００は、実施の形態１での傾斜光撮像部１４０に加え、傾斜光撮像部１４０のＹ軸方向の側方に傾斜光撮像部１４０ａを備えている。傾斜光撮像部１４０ａは、傾斜光撮像部１４０と傾斜光投影部１３０との間に配置されている。

ここで、傾斜光撮像部１４０は、高さＬ１までの高さの物体について、物体上の領域を撮像することができる（同図に示す高さＬ１の区間Ｌ１’内に物体の高さ寸法が位置する場合）。また、傾斜光撮像部１４０ａは、同図に示す高さＬ４の区間Ｌ４’の物体について、物体上の領域を撮像することができる。このように、複数の傾斜光撮像部が備えられていることで、高さが高い物体の形状認識を精度良く行うことができる。

なお、形状認識装置１００は、傾斜光撮像部１４０ａを備えておらず、傾斜光撮像部１４０を移動させる移動機構を備えており、物体の高さを撮像可能なように、物体の高さに応じて傾斜光撮像部１４０を撮像する物体に対してＹ軸方向に相対的に移動させることにしてもよい。

以上のように、上記実施の形態１及びその変形例に係る形状認識装置１００によれば、基準光が投影された領域のうちライン状の領域を撮像し、異なる輝度傾斜量を有する輝度傾斜光が投影された領域のうちライン状の領域を撮像することで、物体の形状を認識する。ここで、撮像はライン状の領域で行われる、つまり１ライン分の撮像しか行わなくてよいため、処理が速く、物体が高速で移動している場合でも、撮像可能である。また、例えば、１つ以上の変曲点を有し異なる輝度傾斜量を有する輝度分布の輝度傾斜光を、物体の高さが低いエリアでの輝度傾斜量を大きくして形成することで、当該低いエリアでの分解能を高くすることができる。このように、輝度傾斜光を、物体の大きさによって必要とされる分解能になるような輝度傾斜量で形成することで、物体の大きさによって必要とされる分解能で形状認識を行うことができる。これにより、物体が高速で移動している場合でも、物体の大きさによって必要とされる分解能が異なる場合でも、当該物体の形状認識を精度良く行うことができる。

また、輝度傾斜光は、輝度傾斜量が大きい線形の傾斜光を含むか、または、輝度傾斜量が減少するように傾斜した輝度分布を有する非線形の傾斜光を含む光である。つまり、輝度傾斜光は、１つ以上の変曲点を有し急勾配の直線または曲線状に輝度が傾斜する分布の光を含む。これにより、輝度傾斜光のうち輝度傾斜量が大きい部分を、形状認識の分解能を向上させたい部分に対応させることで、物体の形状認識を精度良く行うことができる。

また、傾斜光撮像部のＺ軸方向の投影領域の異なる高さに対応して、複数の輝度傾斜光を投影、あるいは傾斜光投影部を移動させ、傾斜光投影部の投光角度を変更して投影する。これにより、物体の高さに応じて、投影する輝度傾斜光の投光角度を変化させることができるので、様々な大きさの物体の形状を認識することができ、物体の形状認識範囲を広げることができる。

（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について、説明する。図１４は、本発明の実施の形態２における形状認識装置１００ａの構成を示す図である。

同図に示すように、形状認識装置１００ａは、図２に示された実施の形態１における基準光投影部１１０と傾斜光投影部１３０とに代えて、第一基準光投影部１１１及び第二基準光投影部１１２からなる基準光投影部１１０と、第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２からなる傾斜光投影部１３０とを備えている。

なお、基準光撮像部１２０及び傾斜光撮像部１４０については、実施の形態１と同様であるため、説明は省略する。

第一基準光投影部１１１及び第二基準光投影部１１２は、物体３０を挟む両側に配置され、当該両側のそれぞれから物体３０の投影領域に基準光を投影する。

第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２は、物体３０を挟む両側に配置され、当該両側のそれぞれから物体３０の投影領域に輝度傾斜光を投影する。

ここで、第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２が投影する輝度傾斜光について、詳細に説明する。

図１５及び図１６は、本発明の実施の形態２における第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２が投影する輝度傾斜光を説明する図である。

図１５に示すように、第一傾斜光投影部１３１が投影する輝度傾斜光は、図３に示した実施の形態１の傾斜光投影部１３０が投影する輝度傾斜光と同様に、物体３０の高さが高くなるほど輝度の傾斜方向に輝度が異なる度合いを示す輝度の傾斜量が減少している。また、第二傾斜光投影部１３２が投影する輝度傾斜光は、第一傾斜光投影部１３１が投影する輝度傾斜光と、物体３０に対してＹ軸方向の左右対称の光である。

つまり、第一傾斜光投影部１３１は、物体３０をＹ軸方向に挟む両側のうち一方からの輝度傾斜光である第一輝度傾斜光を投影する。そして、第二傾斜光投影部１３２は、Ｙ軸方向の当該両側のうち他方からの輝度傾斜光である第二輝度傾斜光であって、物体３０に対して第一輝度傾斜光と対称の輝度の傾斜を有する第二輝度傾斜光を投影する。

また、第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２は、物体３０の載置面４０上において、傾斜光撮像部１４０によるＸ軸方向に延びるライン状の撮像領域を超えて互いに第一輝度傾斜光と第二輝度傾斜光とが重ならないように、それぞれ第一輝度傾斜光と第二輝度傾斜光とを投影する。

ここで、例えば、図１６に示すように、物体が、突起部３３ａを有する物体３３である場合、第一傾斜光投影部１３１からでは、当該突起部３３ａに輝度傾斜光を投影することができない。しかし、第二傾斜光投影部１３２が輝度傾斜光を投影することで、当該突起部３３ａに輝度傾斜光を投影することができる。

（実施の形態２の変形例１）
次に、実施の形態２の変形例１について、説明する。上記実施の形態２では、第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２は、図１５に示された輝度分布の輝度傾斜光を投影することとした。しかし、本変形例１では、第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２は、上記実施の形態２とは異なる輝度分布の輝度傾斜光を投影する。

図１７は、本発明の実施の形態２の変形例１における第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２が投影する輝度分布の輝度傾斜光を説明する図である。

同図の（ａ）は、図１５に示された上記実施の形態２での輝度傾斜方向における輝度分布の輝度傾斜光を、図示輝度軸方向において上下対称にした輝度傾斜光を示している。つまり、物体の高さが高くなるほど輝度が減少しており、当該高さが低い場合は、高さの変化による輝度の減少は急激であり、当該高さが高い場合は、高さの変化による輝度の減少は緩やかである。

また、同図の（ｂ）は、輝度の傾斜方向にそれぞれ二段階で曲線的に傾斜する輝度分布の輝度傾斜光を示している。つまり、物体の高さが低い場合は、高さの変化による輝度の傾斜は急激であり、当該高さが高い場合においても、高さの変化による輝度の傾斜は急激である。この場合、高さが低い物体のみならず、高さが高い物体の形状も精度良く認識することができる。

これらのように、第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２は、第一輝度傾斜量と第一輝度傾斜量よりも小さい第二輝度傾斜量とを有する光であって、第一輝度傾斜量から第二輝度傾斜量に非線形に傾斜した輝度分布を有する光を含む輝度傾斜光を、それぞれ投影する。

また、同図の（ｃ）は、それぞれ直線的に二段階に傾斜する輝度傾斜光を示している。つまり、物体の高さが低い場合は、高さの増加によって輝度は直線的に急激に増加し、当該高さが高い場合は、高さの増加によって輝度は直線的に緩やかに増加している。

このように、第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２は、１つ以上の変曲点を有し、第一輝度傾斜量と第一輝度傾斜量よりも小さい第二輝度傾斜量とを有する輝度傾斜方向に異なる輝度の輝度分布を持つ光であって、第一輝度傾斜量で線形に傾斜した輝度分布を有する光を含む輝度傾斜光を、それぞれ投影することにしてもよい。

なお、図１５に示された上記実施の形態２での輝度傾斜光と同図の（ａ）に示した輝度傾斜光との関係のように、同図の（ｂ）または（ｃ）の輝度傾斜光を輝度軸方向に上下対称にした輝度傾斜光を、第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２が投影することにしてもよい。

以上のように、上記実施の形態２及びその変形例１に係る形状認識装置１００ａによれば、物体を挟む両側から基準光を投影する。これにより、物体の両側から基準光を投影することで、基準光が物体の一部に遮られることなく、当該基準光を物体上の投影領域に投影することができる。

また、物体を挟む両側から輝度傾斜光を投影する。ここで、物体の形状によっては、輝度傾斜光が、物体の一部に遮られて、物体上の投影領域に投影されない場合がある。このため、物体の両側から輝度傾斜光を投影することで、輝度傾斜光が物体の一部に遮られることなく、当該輝度傾斜光を物体上の投影領域に投影することができる。

また、物体を挟む両側のうちの一方からの輝度傾斜光と他方からの輝度傾斜光とは、物体に対して対称の輝度の傾斜を有する。これにより、両側からの輝度傾斜光が同じ特性で傾斜しているので、形状の認識を容易に行うことができる。

また、物体の載置面、保持面上において、第一輝度傾斜光と第二輝度傾斜光とを、物体を撮像する撮像部のＸ軸方向に延びるライン状の撮像領域を超えて互いに重ならないように投影する。これにより、物体の形状を認識するための輝度傾斜光を有効に活用することができるので、物体の形状認識範囲を広げることができる。

（実施の形態２の変形例２）
次に、実施の形態２の変形例２について、説明する。本変形例２では、物体を挟む両側から輝度傾斜光を投影する第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２は、波長が異なる輝度傾斜光を投影する。例えば、第一傾斜光投影部１３１は青色の輝度傾斜光を投影し、第二傾斜光投影部１３２は、赤色の輝度傾斜光を投影する。

具体的には、赤色に着色されている物体には、第一傾斜光投影部１３１により青色の輝度傾斜光を投影する。また、青色に着色されている物体には、第二傾斜光投影部１３２により赤色の輝度傾斜光を投影する。

つまり、赤色に着色されている物体と青色に着色されている物体とを形状認識する必要がある場合に、赤色に着色されている物体には青色の輝度傾斜光を投影し、青色に着色されている物体には赤色の輝度傾斜光を投影することにより、赤色に着色されている物体と青色に着色されている物体とを形状認識することができる。

このように、波長が異なる複数の輝度傾斜光を、物体の状態に応じて使い分けて投影することで、様々な物体の形状をより明瞭に認識することができる。

（実施の形態２の変形例３）
次に、実施の形態２の変形例３について、説明する。本変形例３では、物体を挟む両側から輝度傾斜光を投影する第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２は、波長が同じで同じ輝度傾斜光を重ねて投影する。

図１８は、本発明の実施の形態２の変形例３における第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２が投影する輝度傾斜光を説明する図である。

同図に示すように、第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２は、物体３０を挟む両側から、輝度傾斜方向と輝度分布が同じ輝度傾斜光を重ねて投影する。これにより、輝度傾斜光が物体の一部に遮られることなく、当該輝度傾斜光を物体上の投影領域に投影することができる。

なお、本変形例３では、第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２が輝度傾斜光を投影することができる物体３０の高さは、実施の形態２における輝度傾斜光を投影することができる高さよりも低くなる。このため、実施の形態２における第一傾斜光投影部１３１及び第二傾斜光投影部１３２の構成の方が、より高い物体の形状を認識することができる。

以上、本発明に係る形状認識装置１００について、上記実施の形態及びその変形例を用いて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。

つまり、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

例えば、本実施の形態及びその変形例では、形状認識装置１００は、検査装置４００に備えられており、基板に実装された部品を検査するために使用されることとした。しかし、形状認識装置１００は、部品実装装置２００に備えられ、基板に実装される部品を認識するために使用されることにしてもよい。

また、本実施の形態及びその変形例では、基準光投影部１１０が基準光を投影して基準光撮像部１２０が撮像した後に、傾斜光投影部１３０が輝度傾斜光を投影して傾斜光撮像部１４０が撮像することとした。しかし、傾斜光投影部１３０が輝度傾斜光を投影して傾斜光撮像部１４０が撮像した後に、基準光投影部１１０が基準光を投影して基準光撮像部１２０が撮像することにしてもよい。

また、本実施の形態及びその変形例では、形状認識装置が物体に対して相対的に移動することで、基準光撮像部１２０と傾斜光撮像部１４０とが撮像を行うこととした。しかし、基準光撮像部１２０と傾斜光撮像部１４０とが近接して配置されており、物体が静止した状態で、物体上の投影領域に基準光投影部１１０が基準光を投影して基準光撮像部１２０が撮像するとともに、傾斜光投影部１３０とが輝度傾斜光を投影して傾斜光撮像部１４０が撮像することにしてもよい。

また、本実施の形態及びその変形例では、基準光撮像部１２０及び傾斜光撮像部１４０は、ライン状の領域を撮像するラインセンサ（ラインカメラ）であることとした。しかし、基準光撮像部１２０及び傾斜光撮像部１４０のそれぞれは、ラインセンサとレンズとで構成されるものであってもよい。また、基準光撮像部１２０及び傾斜光撮像部１４０は、１つのエリアセンサ内の２ラインの撮像領域であることにしてもよい。

また、本実施の形態及びその変形例では、基準光撮像部１２０及び傾斜光撮像部１４０は、異なる撮像部であることとした。しかし、基準光撮像部１２０及び傾斜光撮像部１４０は、同一の撮像部であり、交互に投影される基準光と輝度傾斜光とを、交互に撮像することにしてもよい。

また、本実施の形態及びその変形例では、基準光投影部１１０及び傾斜光投影部１３０は、異なる投影部であることとした。しかし、基準光投影部１１０及び傾斜光投影部１３０は、同一の投影部であり、基準光と輝度傾斜光とを交互に切り替えて投影することにしてもよい。

また、本発明は、このような形状認識方法及び形状認識装置として実現することができるだけでなく、形状認識方法に含まれる特徴的な処理をコンピュータに実行させるプログラムや当該処理部を備える集積回路として実現したりすることもできる。そして、そのようなプログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体及びインターネット等の伝送媒体を介して流通させることができるのは言うまでもない。

本発明は、物体が高速で移動している場合でも、物体の大きさによって必要とされる分解能が異なる場合でも、当該物体の形状認識を精度良く行うことができる形状認識装置を備える検査装置や部品実装装置等に適用できる。

１０ 実装基板生産システム
２０ 基板
２０ａ 実装基板
３０、３１、３２、３３ 物体
３３ａ 突起部
４０ 載置面
１００、１００ａ 形状認識装置
１０１ 形状認識制御部
１０２ 投影処理部
１０３ 撮像処理部
１０４ 形状認識部
１１０ 基準光投影部
１１１ 第一基準光投影部
１１２ 第二基準光投影部
１２０ 基準光撮像部
１３０、１３０ａ、１３０ｂ、１３０ｃ 傾斜光投影部
１３１ 第一傾斜光投影部
１３２ 第二傾斜光投影部
１４０、１４０ａ 傾斜光撮像部
１５０ 無投光撮像部
２００ 部品実装装置
３００ 印刷装置
４００ 検査装置
５００ 接着剤塗布装置
６００ リフロー炉

Claims (13)

1. 物体の形状を認識する形状認識方法であって、
   輝度が一定の光である基準光を、前記物体上の投影領域に投影する基準光投影ステップと、
   前記基準光が投影された前記投影領域のうちライン状の領域を撮像する基準光撮像ステップと、
   傾斜した輝度分布を有する光であって、当該輝度の傾斜方向に輝度が異なる輝度の変化量である輝度傾斜量を有する光である輝度傾斜光を、前記投影領域に投影する傾斜光投影ステップと、
   前記輝度傾斜光の投影方向と異なる撮像方向で、前記輝度傾斜光が投影された前記投影領域のうち、前記輝度傾斜光の輝度の傾斜方向と異なる方向に延びて配置されるライン状の領域を撮像する傾斜光撮像ステップと、
   前記基準光撮像ステップでの撮像結果と前記傾斜光撮像ステップでの撮像結果とを用いて、前記物体の形状を認識する形状認識ステップとを含む
   形状認識方法。
2. 前記傾斜光投影ステップでは、輝度が異なる輝度傾斜方向に第一輝度傾斜量と前記第一輝度傾斜量よりも輝度傾斜量が小さい第二輝度傾斜量とを有する光であって、前記第一輝度傾斜量で線形に傾斜した輝度分布を有する光を含む前記輝度傾斜光、または前記第一輝度傾斜量から前記第二輝度傾斜量に非線形に傾斜した輝度分布を有する光を含む前記輝度傾斜光を投影する
   請求項１に記載の形状認識方法。
3. 前記傾斜光投影ステップでは、前記物体を挟む両側のそれぞれから、前記投影領域に、輝度傾斜方向に輝度が異なる前記輝度傾斜光を投影する
   請求項１または２に記載の形状認識方法。
4. 前記傾斜光投影ステップでは、前記物体を挟む両側のうち一方からの前記輝度傾斜光である第一輝度傾斜光と、前記両側のうち他方からの前記輝度傾斜光である第二輝度傾斜光であって、前記物体に対して前記第一輝度傾斜光と対称の輝度の傾斜を有する第二輝度傾斜光を投影する
   請求項３に記載の形状認識方法。
5. 前記傾斜光投影ステップでは、前記物体の載置面において、前記第一輝度傾斜光と前記第二輝度傾斜光とが重ならないように、前記第一輝度傾斜光と前記第二輝度傾斜光とを投影する
   請求項４に記載の形状認識方法。
6. 前記傾斜光投影ステップでは、波長が異なる複数の前記輝度傾斜光を投影する
   請求項１〜５のいずれか１項に記載の形状認識方法。
7. 前記傾斜光投影ステップでは、前記投影領域のうちの第一高さまで投影する前記輝度傾斜光と、前記投影領域のうち前記第一高さから第二高さまで投影する前記輝度傾斜光とを投影する
   請求項１〜６のいずれか１項に記載の形状認識方法。
8. 前記基準光撮像ステップでは、前記物体を挟む両側のそれぞれから、前記投影領域に前記基準光を投影する
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の形状認識方法。
9. 物体の形状を認識する形状認識装置であって、
   輝度が一定の光である基準光を、前記物体上の投影領域に投影する基準光投影部と、
   前記基準光が投影された前記投影領域のうちライン状の領域を撮像するライン状の基準光撮像部と、
   傾斜した輝度分布を有する光であって、当該輝度の傾斜方向に輝度が異なる輝度の変化量である輝度傾斜量を有する光である輝度傾斜光を、前記投影領域に投影する傾斜光投影部と、
   前記輝度傾斜光の投影方向と異なる撮像方向で、前記輝度傾斜光が投影された前記投影領域のうち、前記輝度傾斜光の輝度の傾斜方向と異なる方向に延びて配置されるライン状の領域を撮像するライン状の傾斜光撮像部と、
   前記基準光撮像部での撮像結果と前記傾斜光撮像部での撮像結果とを用いて、前記物体の形状を認識する形状認識部とを備える
   形状認識装置。
10. 前記傾斜光投影部は、前記物体を挟む両側に配置され、当該両側のそれぞれから前記投影領域に、輝度傾斜方向に輝度が異なる前記輝度傾斜光を投影する
    請求項９に記載の形状認識装置。
11. 前記基準光投影部は、前記物体を挟む両側に配置され、当該両側のそれぞれから前記投影領域に前記基準光を投影する
    請求項９または１０に記載の形状認識装置。
12. 基板に部品を実装して実装基板を生産するための実装基板生産装置であって、
    前記基板に実装される部品を認識する、または前記基板に実装された部品を検査するための請求項９に記載の形状認識装置を備える
    実装基板生産装置。
13. 請求項１〜８のいずれか１項に記載の形状認識方法に含まれるステップをコンピュータに実行させるプログラム。

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