JP2013021196A

JP2013021196A - 部品実装機の画像処理装置

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Publication number: JP2013021196A
Application number: JP2011154393A
Authority: JP
Inventors: Masafumi Amano; 雅史天野
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2011-07-13
Filing date: 2011-07-13
Publication date: 2013-01-31
Anticipated expiration: 2031-07-13
Also published as: JP5787440B2

Abstract

【課題】部品実装機の吸着ノズルに対する部品の吸着位置の認識精度を向上させる。
【解決手段】吸着ノズル１７の上部に設けられた背景板１９の下面に、位置認識パターン２４を吸着ノズル１７と所定の位置関係で設ける。位置認識パターン２４は、所定形状のマークを所定ピッチで二次元的に配列し且つ画像処理で部品１８の色とは異なる色に認識される色に着色されたドットパターン又は碁盤目状パターンである。吸着ノズル１７に吸着した部品１８と位置認識パターン２４とをカラー撮像用のカメラ２２の視野内に収めて撮像する。撮像したカラー画像には、背景となる位置認識パターン２４の中に部品１８が重なって撮像される。このカラー画像を画像処理して、位置認識パターン２４のマークと部品１８を認識して、位置認識パターン２４のマークの位置を基準にして吸着ノズル１７に対する部品１８の吸着位置を認識する。
【選択図】図１

Description

本発明は、部品実装機の吸着ノズルに対する部品の吸着位置を認識する部品実装機の画像処理装置に関する発明である。

従来より、部品実装機においては、特許文献１（特開平５−６３３９８号公報）に記載されているように、吸着ノズルに吸着した部品と、該吸着ノズルを保持する装着ヘッドの下面に設けられた基準マークとをカメラの視野内に収めて撮像して画像処理することで、前記基準マークの位置を基準にして吸着ノズルに対する部品の吸着位置（ずれ量）を認識するようにしたものがある。

また、特許文献２（特許第３４３４００４号公報）では、装着ヘットの下面に明部と暗部をＹ方向に交互に配列した帯状の認識パターンを設けると共に、帯状の認識パターンの配列方向（Ｙ方向）に対して直交する方向（Ｘ方向）に走査するラインセンサを設け、このラインセンサで帯状の認識パターンを認識することで、帯状の認識パターンを基準にして吸着ノズルに吸着した部品の位置を認識するようにしている。

また、特許文献３（特開２００６−４８３１５号公報）では、吸着ノズルに吸着した部品の外形を画像処理で明瞭に認識することを目的として、吸着ノズルの上部に設けられた背景板の下面を青色又は赤色に着色することで、吸着ノズルに吸着した部品の背景を青色又は赤色に着色したカラー画像を撮像し、そのカラー画像を白黒濃淡画像に変換して、吸着ノズルに対する部品の吸着位置のずれ量を認識するようにしている。

特開平５−６３３９８号公報特許第３４３４００４号公報特開２００６−４８３１５号公報

しかし、上記特許文献１では、吸着ノズルに吸着した部品のサイズが大きい場合は、基準マーク全体が部品と重なって基準マークを全く認識できない場合がある。また、基準マークの一部のみが部品と重なった場合でも、部品認識用のカメラとして用いられるモノクロカメラで撮像した白黒濃淡画像を用いて基準マークと部品を認識する際に、基準マークと部品との濃度差（輝度差）が小さいため、部品と重なった基準マークを部品と区別して認識することが困難である。

また、上記特許文献２は、撮像素子としてラインセンサを用いて部品の位置を認識する技術であるが、ラインセンサに代えて、二次元画像を撮像するカメラを用いた場合でも、帯状の認識パターンと部品とが離れているため、カメラのレンズ系による画像の歪み（視差）の影響を受けて部品の吸着位置の認識精度が低下するという欠点がある。

また、上記特許文献３では、部品の周囲の背景が青色又は赤色となるカラー画像を撮像することで、部品の外形を明瞭に認識できるが、基準マーク全体が部品と重なった場合には、基準マークを全く認識できない。また、基準マークと部品とが離れている場合は、両者を明瞭に認識できるが、カメラのレンズ系による画像の歪み（視差）の影響を受けて部品の吸着位置の認識精度が低下するという問題は解消できない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、比較的低コストの手法で、吸着ノズルに対する部品の吸着位置の認識精度を向上できる部品実装機の画像処理装置を提供することである。

上記課題を解決するために、請求項１に係る発明は、部品実装機の吸着ノズルに吸着した部品と、該吸着ノズルと所定の位置関係で設けられた基準位置部とをカメラの視野内に収めて撮像して画像処理することで、前記基準位置部の位置を基準にして前記吸着ノズルに対する部品の吸着位置を認識する部品実装機の画像処理装置において、前記カメラは、カラー撮像用のカメラであり、前記基準位置部は、所定形状のマークが所定ピッチで二次元的に配列され且つ画像処理で前記部品の色とは異なる色に認識される色に着色された位置認識パターンであり、前記カメラで前記部品を撮像したときに該位置認識パターンが背景となって該位置認識パターンの中に該部品が重なって撮像されるように設けられていることを特徴とするものである。

この構成では、撮像する部品の周囲の背景となる位置認識パターンは、画像処理で部品の色とは異なる色に認識される色に着色されているため、位置認識パターンの中に部品が重なった状態になっていても、背景の位置認識パターンに対して部品の外形を区別して認識できると共に、部品の外形の位置をその直近の位置認識パターンのマークの位置で認識できるため、比較的低コストの手法で、カメラのレンズ系による画像の歪み（視差）の影響を受けずに部品の外形の位置を精度良く認識することができ、吸着ノズルに対する部品の吸着位置の認識精度を向上することができる。

この場合、請求項２のように、位置認識パターンは、ドットパターン又は碁盤目状パターンを用いると良い。ここで、ドットパターンは、ドット（円形のマーク）を格子状又は千鳥状に配列したパターンであり、碁盤目状パターンは、正方形又は長方形のマークを二次元的に配列したパターンである。その他、円形、四角形以外の形状のマークを二次元的に配列した位置認識パターンであっても良い。要は、画像処理で認識可能な一定の形状のマークを所定ピッチで二次元的に配列した位置認識パターンであれば良い。

本発明は、吸着ノズルを保持する装着ヘッドに位置認識パターンを設けても良いが、請求項３のように、吸着ノズルの上部に設けられた背景板に位置認識パターンを設けるようすると良い。このようにすれば、吸着ノズルに対する位置認識パターンの位置精度を向上できる。

ところで、吸着ノズルに小型の部品を吸着する場合に、従来の黒色系の背景では小型の部品の有無を画像で認識することが困難である場合があった。
この点、本発明では、背景の位置認識パターンの中に重なった部品の外形を区別して認識できるため、請求項４のように、カメラで撮像した画像に基づいて吸着ノズルに吸着した部品の有無を判定するようにしても良い。吸着ノズルに部品が吸着されていない場合には、背景の位置認識パターン全体を認識できるため、部品が無いことを容易に認識できる。

また、請求項５のように、予め吸着ノズルに部品が吸着されていない状態をカメラで撮像して画像処理することで、位置認識パターンの画像の歪みを各マーク毎に認識して、その歪みを補正する補正データを取得し、部品実装機の稼働中に吸着ノズルに吸着した部品をカメラで撮像した画像の歪みを前記補正データで補正するようにしても良い。このようにすれば、予め吸着ノズルに部品が吸着されていない状態で撮像した画像を用いて、画像の歪みを補正する補正データを取得できるため、部品実装機の稼働中に吸着ノズルに吸着した部品をカメラで撮像する毎に、その画像の歪みを前記補正データで精度良く補正することができる。

また、請求項６のように、吸着ノズルに吸着した部品のサイズがカメラの視野サイズより大きい場合に、該部品の撮像領域を複数の部分撮像領域に分割して、各部分撮像領域をそれぞれカメラで撮像し、撮像した複数の部分撮像領域の画像を各画像に写った位置認識パターンのマークの位置を基準にして合成して該部品全体の画像を作成するようにしても良い。このようにすれば、大型の部品の撮像領域を複数の部分撮像領域に分割して各部分撮像領域毎にカメラで撮像して部品全体の合成画像を作成する際に、位置認識パターンのマークの位置を基準にして、精度の良い合成画像を作成することができる。

図１は本発明の一実施例を示す部品実装機の構成を示す縦断面図である。図２は位置認識パターンの第１例を示す図である。図３は位置認識パターンの第２例を示す図である。図４（ａ）〜（ｆ）は、吸着ノズルに対する部品の吸着位置を認識する方法を説明する図である。図５（ａ）、（ｂ）は、カメラのレンズ系による画像の歪み（視差）を補正する方法を説明する図である。図６（ａ）〜（ｃ）は、大型の部品の撮像領域を２つの部分撮像領域に分割して撮像して２つの画像を合成して部品全体の画像を作成する方法を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて部品実装機全体の概略構成を説明する。
Ｘ軸スライド１１は、Ｘ軸ボールねじ１２によってＸ軸方向（図１の左右方向）にスライド移動可能に設けられ、このＸ軸スライド１１に対して、Ｙ軸スライド１３がＹ軸ボールねじ１４によってＹ軸方向（図１の紙面垂直方向）にスライド移動可能に設けられている。

Ｙ軸スライド１３には、装着ヘッド１５が設けられ、この装着ヘッド１５にノズルホルダ１６がＺ軸駆動機構（図示せず）を介してＺ軸方向（上下方向）に昇降可能に設けられ、このノズルホルダ１６に吸着ノズル１７が下向きに取り付けられている。

一方、Ｘ軸スライド１１には、吸着ノズル１７に吸着した部品１８をその下面側から一対の反射鏡２０，２１を介して撮像するカメラ２２が設けられている。部品１８を撮像するカメラ２２は、カラー撮像用のカメラが用いられている。吸着ノズル１７に吸着した部品１８の下方に位置する反射鏡２０の上方には、吸着ノズル１７に吸着した部品１８をその下面側から照明する照明光源としてリング状のフロントライト２３が設けられている。尚、カラー撮像用のカメラ２２を吸着ノズル１７の真下に配置した構成としても良い。

吸着ノズル１７の上部に鍔状に設けられた背景板１９の下面には、図２又は図３に示す位置認識パターン２４又は２５（基準位置部）が吸着ノズル１７と所定の位置関係で設けられている。図２に示す位置認識パターン２４は、正方形又は長方形のマーク２６を所定ピッチでＸＹ両方向に配列し且つ画像処理で部品１８の色とは異なる色に認識される２色に着色された碁盤目状パターンである。図３に示す位置認識パターン２５は、円形のマーク２７（ドット）を所定ピッチでＸＹ両方向に配列し且つ画像処理で部品１８の色とは異なる色に認識される２色に着色されたドットパターンである。

ここで、位置認識パターン２４，２５に用いる色は、電子部品で一般的に用いられることのない原色（赤、緑、青、シアン、マゼンタ、黄）を用いることが好ましい。図２に示す位置認識パターン２４では、例えば、赤のマーク２６と青のマーク２６を交互に配列し、図３に示す位置認識パターン２５では、例えば、赤を背景にして緑のマーク２７を格子状に配列している。マーク２７を千鳥状に配列したドットパターンを用いても良い。

その他、円形、四角形以外の形状のマークを所定ピッチで二次元的に配列した位置認識パターンを用いても良い。要は、画像処理で認識可能な一定の形状のマークを所定ピッチで二次元的に配列した位置認識パターンを用いれば良い。

以下、図２に示す位置認識パターン２４を用いて、吸着ノズル１７に対する部品１８の吸着位置を認識する方法を説明する。
部品実装機の制御装置（画像処理装置）は、生産中に、フィーダ（図示せず）から供給される部品１８を吸着ノズル１７に吸着して回路基板に実装する動作を制御すると共に、吸着ノズル１７に吸着した部品１８を回路基板側へ移送する途中で、該部品１８を撮像位置（フロントライト２３の上方位置）を通過させ、該部品１８と位置認識パターン２４の両方を下方からフロントライト２３で照明してカラー撮像用のカメラ２２の視野内に部品１８と位置認識パターン２４を収めてカラー撮像する動作を制御する。

これにより、図４に示すように、カメラ２２で撮像したカラー画像には、背景となる位置認識パターン２４の中に部品１８が重なって撮像される。このカラー画像を画像処理して、位置認識パターン２４のマーク２６と部品１８を認識して、位置認識パターン２４のマーク２６の位置を基準にして吸着ノズル１７に対する部品１８の吸着位置を認識する。その後、吸着ノズル１７に対して部品１８の吸着位置がずれた分だけ吸着ノズル１７の位置（装着ヘッド１５の位置）をオフセットさせて、該吸着ノズル１７に吸着されている部品１８を回路基板に実装する。

この場合、背景となる位置認識パターン２４の中に部品１８が重なって撮像されるが、背景となる位置認識パターン２４は、画像処理で部品１８の色とは異なる色に認識される色に着色されているため、位置認識パターン２４の中に部品１８が重なった状態になっていても、背景の位置認識パターン２４に対して部品１８の外形を区別して認識できる。

また、撮像毎に撮像タイミングが少しずつずれるため、図４（ａ）〜（ｃ）に示すように、撮像タイミングによってカラー画像内の位置認識パターン２４と部品１８の位置が少しずつずれるが、背景となる位置認識パターン２４は、マーク２６が所定ピッチでＸＹ両方向に配列され、且つ、画像処理で部品１８の色とは異なる色に認識される色に着色されているため、部品１８の外形の位置をその直近の位置認識パターン２４のマーク２６の位置で認識することができる。これにより、カメラ２２のレンズ系による画像の歪み（視差）の影響を受けずに部品１８の外形の位置を精度良く認識することができ、吸着ノズル１７に対する部品１８の吸着位置の認識精度を向上できる。

尚、図４（ａ）〜（ｃ）は、同一の部品１８を撮像タイミングを少しずつずらして撮像したときのカラー画像の例であり、（ａ）〜（ｃ）は撮像タイミングが少しずつずれただけで、吸着ノズル１７に対する部品１８の吸着位置は全て同じであり、（ｄ）〜（ｆ）はそれぞれ（ａ）〜（ｃ）の部品１８の位置や各マーク２６の位置が図４の紙面上で同じ位置となるようにカラー画像をオフセットさせて示したものである。吸着ノズル１７に対する部品１８の吸着位置が同じであれば、撮像タイミングがずれて、カラー画像内の位置認識パターン２４と部品１８の位置がずれても、部品１８の外形が位置認識パターン２４のマーク２６と重なる位置は同じであるため、部品１８の外形が重なるマーク２６の位置や重なり量を認識することで、部品１８の外形の位置を精度良く認識することができる。

本実施例では、吸着ノズル１７の上部に鍔状に設けられた背景板１９の下面に位置認識パターン２４を設けているため、吸着ノズル１７に対する位置認識パターン２４の位置精度を向上できる利点がある。但し、本発明は、吸着ノズル１７を保持する装着ヘッド１５に、位置認識パターン２４が描かれた背景板を設けても良く、要は、吸着ノズル１７と所定の位置関係で設ければ良い。

ところで、吸着ノズル１７に小型の部品を吸着する場合に、従来の黒色系の背景では小型の部品の有無を画像で認識することが困難である場合があった。
そこで、本実施例では、背景の位置認識パターン２４の中に重なった部品の外形を区別して認識できる特長を利用して、カメラ２２で撮像した画像に基づいて吸着ノズル１７に吸着した部品の有無を判定するようにしている。吸着ノズル１７に部品が吸着されていない場合には、背景の位置認識パターン２４全体を認識できるため、部品が無いことを容易に認識することができる。

また、図５（ａ）に示すように、カメラ２２のレンズ系による画像の歪み（視差）の影響を無視できない場合がある。
そこで、本実施例では、予め吸着ノズル１７に部品が吸着されていない状態をカメラ２２で撮像して画像処理することで、位置認識パターン２４の画像の歪みを各マーク２６毎に認識して、その歪みを補正する補正データを取得して部品実装機の制御装置の記憶装置（図示せず）に記憶しておき、部品実装機の稼働中（生産中）に吸着ノズル１７に吸着した部品をカメラ２２で撮像した画像の歪みを前記補正データで補正して、図５（ｂ）に示すような歪みのない画像を生成するようにしている。このようにすれば、予め吸着ノズル１７に部品が吸着されていない状態で撮像した画像を用いて、画像の歪みを補正する補正データを取得できるため、部品実装機の稼働中に吸着ノズル１７に吸着した部品をカメラ２２で撮像する毎に、その画像の歪みを前記補正データで精度良く補正することができる。

また、本実施例では、吸着ノズル１７に吸着した部品３１のサイズがカメラ２２の視野サイズより大きい場合に、該部品３１の撮像領域を複数の部分撮像領域に分割して、各部分撮像領域をそれぞれカメラ２２で撮像し、撮像した複数の部分撮像領域の画像を各画像に写った位置認識パターン２４のマーク２６の位置を基準にして合成して該部品３１全体の画像を作成するようにしている。図６は、部品３１の撮像領域を２つの部分撮像領域に分割して、撮像した２つの部分撮像領域の画像を合成して該部品３１全体の画像を作成する例を示している。このようにすれば、大型の部品３１の撮像領域を複数の部分撮像領域に分割して各部分撮像領域毎にカメラ２２で撮像して部品３１全体の合成画像を作成する際に、位置認識パターン２４のマーク２６の位置を基準にして、精度の良い合成画像を作成することができる。

尚、本発明を適用可能な部品実装機は、図１に示す構成のものに限定されず、部品を吸着する吸着ノズルを備えた部品実装機であれば、どの様な構成の部品実装機にも本発明を適用して実施できる。

１１…Ｘ軸スライド、１３…Ｙ軸スライド、１５…装着ヘッド、１６…ノズルホルダ、１７…吸着ノズル、１８…部品、１９…背景板、２０，２１…反射鏡、２２…カラー撮像用のカメラ、２３…フロントライト、２４，２５…位置認識パターン、２６，２７…マーク、３１…大型の部品

Claims

部品実装機の吸着ノズルに吸着した部品と、該吸着ノズルと所定の位置関係で設けられた基準位置部とをカメラの視野内に収めて撮像して画像処理することで、前記基準位置部の位置を基準にして前記吸着ノズルに対する部品の吸着位置を認識する部品実装機の画像処理装置において、
前記カメラは、カラー撮像用のカメラであり、
前記基準位置部は、所定形状のマークが所定ピッチで二次元的に配列され且つ画像処理で前記部品の色とは異なる色に認識される色に着色された位置認識パターンであり、前記カメラで前記部品を撮像したときに該位置認識パターンが背景となって該位置認識パターンの中に該部品が重なって撮像されるように設けられていることを特徴とする部品実装機の画像処理装置。
前記位置認識パターンは、ドットパターン又は碁盤目状パターンであることを特徴とする請求項１に記載の部品実装機の画像処理装置。
前記位置認識パターンは、前記吸着ノズルの上部に設けられた背景板に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の部品実装機の画像処理装置。
前記カメラで撮像した画像に基づいて前記吸着ノズルに吸着した部品の有無を判定する手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の部品実装機の画像処理装置。
予め前記吸着ノズルに部品が吸着されていない状態を前記カメラで撮像して画像処理することで、前記位置認識パターンの画像の歪みを各マーク毎に認識して、その歪みを補正する補正データを取得する手段と、前記部品実装機の稼働中に前記吸着ノズルに吸着した部品を前記カメラで撮像した画像の歪みを前記補正データで補正する手段とを備えていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の部品実装機の画像処理装置。
前記吸着ノズルに吸着した部品のサイズが前記カメラの視野サイズより大きい場合に、該部品の撮像領域を複数の部分撮像領域に分割して、各部分撮像領域をそれぞれ前記カメラで撮像し、撮像した複数の部分撮像領域の画像を各画像に写った前記位置認識パターンの位置を基準にして合成して該部品の全体画像を作成する手段を備えていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の部品実装機の画像処理装置。