JP2021136315A - 対象物の撮像装置及びこれを備えた部品実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】移動する対象物を撮像する撮像装置において、撮像カメラの撮像エリアを前記対象物が通過する速度が異なっていても、コントラストのバラツキの少ない前記対象物の画像を取得する。【解決手段】部品実装装置１は、撮像エリアＣＡを通過する部品Ｅの画像を撮像する部品認識カメラ９と、部品認識カメラ９の撮像動作を制御する制御部２０とを備える。制御部２０は、撮像エリアＣＡを通過する部品Ｅの通過速度の情報を取得する速度取得部２６と、前記通過速度に応じて、部品認識カメラ９の露光時間を変化させる露光制御部２４とを含む。露光制御部２４は、通過速度Ｖ１の部品Ｅを撮像する際の第１露光時間より、通過速度Ｖ２（Ｖ１＜Ｖ２）の部品Ｅを撮像する際の第２露光時間を短く設定する。【選択図】図６

Description

本発明は、例えば電子部品のような各種の対象物の撮像装置、及びこれを備えた部品実装装置に関する。

電子部品を基板に実装する部品実装装置は、吸着ノズルを有する実装ヘッドを備える。前記吸着ノズルは、前記電子部品を部品供給位置において吸着して保持し、これを基板上方へ移送すると共に基板に実装する。電子部品を保持した前記吸着ノズルは、当該吸着ノズルの下方に配置された部品認識カメラによって撮像される。当該撮像にて取得された画像に基づいて、電子部品の前記吸着ノズルでの吸着状態が判定される。一般に、タクトタイムの向上のため、前記実装ヘッドを移動させながら前記撮像を行わせるフライングビジョン方式が採用されることが多い（例えば特許文献１）。

特開２００６−２８７１９９号公報

前記実装ヘッドを部品認識カメラ上で一旦停止させて前記撮像を行うストップビジョン方式に比べて、フライングビジョン方式で得られる電子部品の画像はコントラストが低下する。つまり、前記部品認識カメラの露光時間中に電子部品が移動するので、取得される画像中の電子部品にブレが生じる。また、実装ヘッドの移動速度は一定ではないので、電子部品画像のブレ量もまちまちとなる。つまり、画像中における電子部品のコントラスト（画像品質）が一定とならず、的確な部品吸着状態の判定を阻害する懸念がある。

本発明の目的は、移動する対象物を撮像する撮像装置において、撮像カメラの撮像エリアを前記対象物が通過する速度が異なっていても、画像コントラストのバラツキの少ない前記対象物の画像を取得することが可能な撮像装置、及びこれを備えた部品実装装置を提供することにある。

本発明の一局面に係る対象物の撮像装置は、所定の撮像エリアを有し、当該撮像エリアを通過する撮像対象物の画像を撮像する撮像カメラと、前記撮像カメラの撮像動作を制御する制御部と、を備え、前記制御部は、前記撮像エリアを通過する撮像対象物の通過速度の情報を取得する速度取得部と、前記通過速度に応じて、前記撮像カメラの露光時間を変化させる露光制御部と、を含む。

移動する対象物を撮像する場合、どうしても取得される画像中において前記対象物にブレが生じる。その画像ブレ量は、撮像エリアを通過する撮像対象物の通過速度によって異なる。上記の撮像装置によれば、撮像エリアを通過する撮像対象物の通過速度に応じて、撮像カメラの露光時間が変更される。従って、通過速度の異なる前記対象物間における画像ブレ量のバラツキを抑制し、対象物を撮像した画像のコントラストを可及的に揃えることが可能となる。

上記の対象物の撮像装置において、前記通過速度が第１速度である第１撮像対象物と、前記通過速度が前記第１速度よりも速い第２速度である第２撮像対象物とが存在する場合、前記露光制御部は、前記第１撮像対象物を撮像する際の第１露光時間よりも、前記第２撮像対象物を撮像する際の第２露光時間を短く設定することが望ましい。

露光時間が一定である場合、上記の画像ブレ量は、撮像対象物の通過速度が速いほど大きくなる。上記の撮像装置によれば、第１撮像対象物の第１速度よりも速い第２速度で通過する第２撮像対象物の撮像においては、前記第１撮像対象物の第１露光時間よりも短い第２露光時間が設定される。従って、上記画像ブレ量のバラツキを的確に抑制することができる。

上記の対象物の撮像装置において、前記露光制御部は、前記第１撮像対象物が前記第１露光時間内に前記撮像エリアを移動する距離と、前記第２撮像対象物が前記第２露光時間内に前記撮像エリアを移動する距離とが等しくなるように、前記第１露光時間及び前記第２露光時間を設定することが望ましい。

この撮像装置によれば、前記第１及び第２撮像対象物の撮像エリアを通過する速度が異なるにも拘わらず、これらについて取得される画像における上記画像ブレ量を一定にすることができる。従って、撮像対象物の画像品質を一定とし、当該撮像対象物の形状、表面状態や姿勢等を取得された画像に基づき的確に判定することが可能となる。

前記制御部は、カウンタクロックを発生するクロック発生部と、特定の期間内における前記カウンタクロックの発生数を計数することが可能なクロック計数部と、をさらに備え、前記速度取得部は、前記撮像の直前に、前記撮像対象物が単位距離を移動するのに要した期間内における前記カウンタクロックの計数値を取得し、前記露光制御部は、前記カウンタクロックの計数値に、前記撮像対象物の通過速度に拘わらず同値に設定される係数を乗じた値に相当する時間を、前記露光時間として設定することが望ましい。

この撮像装置によれば、前記撮像対象物の、撮像直前における移動速度をカウンタクロックの計数値で求め、この計数値に固定値の係数を乗じて得た値に基づき露光時間が設定される。このため露光時間を、撮像対象物の移動速度が速いときは短く、遅いときは長くというように、自動的に設定させることができる。

上記の対象物の撮像装置において、前記撮像対象物は、当該撮像対象物を保持して移動する移動体によって前記撮像エリアを通過し、前記移動体は距離計測部によってその移動距離が計測されるものであって、前記クロック計数部は、前記距離計測部が前記移動体の単位距離の移動を検出する期間内における、前記カウンタクロックの発生数を計数する構成とすることができる。

この撮像装置によれば、前記撮像対象物の移動速度を、カウンタクロックの発生数の計数という簡易且つ確実な手法で取得させることができる。

上記の対象物の撮像装置において、前記制御部は、前記撮像対象物の前記撮像エリアに対する進入角の情報を取得する進入角取得部をさらに備え、前記速度取得部は、一つの軸方向について取得した前記撮像対象物の通過速度を、前記進入角に沿った通過速度に修正することが望ましい。

或いは、前記速度取得部は、前記撮像対象物の通過速度の情報として、第１軸方向における第１通過速度の情報と、前記第１軸方向と撮像画像の平面内で直交する第２軸方向における第２通過速度の情報とを取得し、前記第１通過速度及び前記第２通過速度に基づいて、前記撮像対象物の移動方向に沿った通過速度を導出することが望ましい。

これらの撮像装置によれば、前記速度取得部が、一つの軸方向についてのみ通過速度の情報を取得できない構成であっても、前記一つの軸方向に対して傾いた方向に移動する前記撮像対象物の通過速度を正確に把握することができる。従って、前記通過速度に応じて的確な露光時間を設定することができる。

本発明の他の局面に係る部品実装装置は、部品を保持する保持部を備えた実装ヘッドと、前記実装ヘッドを移動させる移動機構と、上記の対象物の撮像装置と、を備え、前記移動機構は、部品を保持した前記保持部が前記撮像エリアを通過するように、前記実装ヘッドを移動させ、前記制御部は、前記保持部が前記撮像エリアを通過する際に、前記撮像カメラに前記撮像動作を実行させる。

この部品実装装置によれば、保持部に保持されて撮像エリアを通過する電子部品の通過速度に応じて、撮像カメラの露光時間が変更される。このため、通過速度の異なる前記電子部品間における画像ブレ量のバラツキを抑制することができる。従って、電子部品を撮像した画像のコントラストを可及的に揃えることができ、保持部で保持された部品の種別、姿勢等を精度良く判定させることができる。

本発明によれば、移動する対象物を撮像する撮像装置において、撮像カメラの撮像エリアを前記対象物が通過する速度が異なっていても、画像コントラストのバラツキの少ない前記対象物の画像を取得することが可能な撮像装置、及びこれを備えた部品実装装置を提供することができる。

図１は、本発明に係る対象物の撮像装置が適用される部品実装装置の概略構成を示す平面図である。 図２は、上記部品実装装置の電気的構成を示すブロック図である。 図３は、フライングビジョン方式での部品の撮像状況を示す模式図である。 図４（Ａ）〜（Ｃ）は、露光時間を一定とする比較例の部品撮像の態様を模式的に示す図である。 図５は、比較例の撮像で取得される画像を示す図である。 図６（Ａ）、（Ｂ）は、露光時間を変化させる本発明の第１実施形態の部品撮像の態様を模式的に示す図である。 図７は、第１実施形態の撮像で取得される画像を示す図である。 図８は、第１実施形態の撮像処理を示すタイムチャートである。 図９（Ａ）、（Ｂ）は、撮像対象物が撮像エリアに斜め方向から進入する場合の問題点を説明するための図である。 図１０（Ａ）、（Ｂ）は、第２実施形態の部品撮像を示す図である。

以下、本発明の実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。本実施形態では、本発明に係る対象物の撮像装置が、部品実装装置に適用される例を示す。従って、本実施形態における撮像対象物は、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状の電子部品又はパッケージ型の電子部品（以下、単に部品と称す）である。この態様は一例であり、撮像対象物は、部品以外の各種ワーク（金属又は樹脂の物品や製品、食品類、果実、天然産物等）であっても良い。

［部品実装装置の全体構造］
図１は、部品実装装置１の概略構成を示す平面図である。部品実装装置１は、各種の部品を基板Ｐに実装して回路基板を生産する装置である。部品実装装置１は、装置本体１Ａ、移動フレーム２、コンベア３、部品供給ユニット４、テープフィーダ５、ヘッドユニット６（実装ヘッド）、第１駆動機構７及び第２駆動機構８（移動機構）を備える。また、部品実装装置１は、撮像装置として、部品認識カメラ９（撮像カメラ）及び基板認識カメラ６３を備える。なお、図１のＸ方向は基板Ｐの搬送方向、Ｙ方向はＸ方向と水平面内で直交する方向である。

装置本体１Ａは、部品実装装置１を構成する各部が配置される構造体であり、上面視で略矩形状に形成されている。移動フレーム２は、Ｘ方向に延び、Ｙ方向へ移動可能に装置本体１Ａに支持されている。コンベア３は、基板Ｐを−Ｘ側から装置本体１Ａ内に搬入し、所定の作業位置（図１に示す基板Ｐの位置）まで左方へ搬送して一旦停止させる。この作業位置において、部品が基板Ｐに実装される。実装作業後、コンベア３は基板Ｐを＋Ｘ側へ搬送し、装置本体１Ａの機外へ搬出する。

部品供給ユニット４は、基板Ｐに実装される電子部品を供給する。部品供給ユニット４は、コンベア３を挟んで、装置本体１Ａの＋Ｙ側及び−Ｙ側の領域部分にそれぞれ２箇所ずつ配置されている。各部品供給ユニット４は、Ｘ方向に配列されたテープフィーダ５を備えている。各テープフィーダ５は、部品収納テープをキャリアとして部品を供給するフィーダである。テープフィーダ５は、部品収納テープが巻回されたリールから該テープを間欠的に繰り出し、所定の部品取り出し位置に部品を供給する。

ヘッドユニット６は、部品供給ユニット４から部品を取り出し、これを基板Ｐに実装する動作を実行する。ヘッドユニット６は、移動フレーム２に搭載され、後述の通り前記作業位置の上空においてＸＹ方向に移動可能である。ヘッドユニット６は、ヘッド本体６１と、部品を保持する複数のノズル６２（保持部）を含む。

ヘッド本体６１は、ノズル６２をＺ方向（Ｘ方向及びＹ方向と直交する方向）に昇降させるＺ軸サーボモータ１２、及び、ノズル６２を当該ノズル６２の軸回り（Ｚ軸回り）に回転させるＲ軸サーボモータ１３（図２）を含む。これに加えてヘッド本体６１は、ノズル６２に部品の吸引動作を実行させる吸引機構を搭載している。複数のノズル６２は、ヘッド本体６１に対して昇降可能なシャフト６１１（図３）の下端に各々取り付けられ、一列に配列されている。ノズル６２は、部品を吸着する吸着孔を先端（下端）に備えている。ノズル６２は、Ｚ方向に昇降して、前記部品取り出し位置においてテープフィーダ５から部品を吸着し、基板Ｐの所定位置において前記吸着が解除されることで、部品を基板Ｐに実装する実装動作を行う。

第１駆動機構７は、装置本体１Ａの＋Ｘ側及び−Ｘ側の端部に配設されている。第１駆動機構７は、移動フレーム２をＹ方向に移動させる機構である。第１駆動機構７は、Ｙ軸サーボモータ１１（図２）と、Ｙ方向に延び、Ｙ軸サーボモータ１１に連結されるボールねじ軸と、移動フレーム２に配設されてボールねじ軸と螺合するボールナットと、を含んで構成される。このような構成の第１駆動機構７は、Ｙ軸サーボモータ１１によるボールねじ軸の回転駆動に伴ってボールナットがボールねじ軸に沿って進退することにより、移動フレーム２をＹ方向に移動させる。

第２駆動機構８は、移動フレーム２に配設されている。第２駆動機構８は、ヘッドユニット６を移動フレーム２に沿ったＸ方向に移動させる移動機構である。第２駆動機構８は、Ｘ軸サーボモータ１０（図２）と、Ｘ方向に延び、Ｘ軸サーボモータ１０に連結されるボールねじ軸と、ヘッドユニット６に配設されてボールねじ軸と螺合するボールナットと、を含んで構成される。このような構成の第２駆動機構８は、Ｘ軸サーボモータ１０によるボールねじ軸の回転駆動に伴ってボールナットがボールねじ軸に沿って進退することにより、ヘッドユニット６をＸ方向に移動させる。以上のように、ヘッドユニット６は、第１、第２駆動機構７、８により、ＸＹ方向に移動可能である。

部品認識カメラ９は、装置本体１Ａに組み込まれ、装置本体１Ａの上方に所定の撮像エリアを持つカメラである。部品認識カメラ９は、ヘッドユニット６のノズル６２に吸着された部品を下面側から撮像する。前記撮像により得られた画像データ上で、部品の中心位置とノズル６２の基準位置とのズレ量（Ｘ軸、Ｙ軸方向の位置ズレ量）、及びＲ軸方向の回転ズレ量が検知され、これらズレ量に応じた位置補正が部品実装時に行われる。

基板認識カメラ６３は、ヘッドユニット６のヘッド本体６１に搭載されている。基板認識カメラ６３は、基板Ｐの品種の識別や位置決めのために、ヘッドユニット６と共に移動して、基板Ｐの上面に記された各種マークを上方から撮像する。また、基板認識カメラ６３は、部品取り出し位置において前記部品収納テープから露出された部品を撮像し、当該部品のポケット内における収納姿勢に異常が無いか否かを判定する画像を取得する。

［部品実装装置の電気的構成］
図２は、部品実装装置１の電気的構成を示すブロック図である。部品実装装置１は、上述のＸ軸サーボモータ１０、Ｙ軸サーボモータ１１、Ｚ軸サーボモータ１２、Ｒ軸サーボモータ１３、部品認識カメラ９及び基板認識カメラ６３に加えて、照明部１４、エンコーダ１５（距離計測部）、入力部１６、表示部１７、タイミング発生器１８及び制御部２０を備える。

照明部１４は、ＬＥＤ光源等からなり、部品認識カメラ９及び基板認識カメラ６３によって撮像が実行される際に、所要の照明光を発生する。エンコーダ１５は、ヘッドユニット６のＸ方向の移動量を検出する。すなわちエンコーダ１５は、第２駆動機構８によって移動フレーム２に沿ってＸ方向に移動するヘッドユニット６（移動体）の移動距離を、リニアスケール等を使用して計測する。エンコーダ１５の検出データは、ヘッドユニット６（部品を保持したノズル６２）の移動速度の導出に用いられる。

入力部１６は、キーボードやタッチパネル等からなり、部品実装装置１に対する各種の操作情報、制御条件、設定データ、部品情報等の入力を受け付ける。例えば入力部１６は、ヘッドユニット６の移動速度、移動方向等の設定入力を受け付ける。表示部１７は、ディスプレイ装置からなり、部品実装装置１に関する所要の表示を行う。

タイミング発生器１８は、制御部２０が実行する各種のタイミング制御の基準となるタイミング信号を発生する。タイミング発生器１８は、クロック発生部１８１及びクロック計数部１８２を含む。クロック発生部１８１は、所定の周波数のカウンタクロック（例えば８０ＭＨｚ）を発生する。クロック計数部１８２は、特定の期間内における前記カウンタクロックの発生数を計数する。

例えばクロック計数部１８２は、ヘッドユニット６の単位距離の移動の期間内にクロック発生部１８１が発生したカウンタクロックのクロック数を計数する。前記単位距離は、エンコーダ１５がリニアスケールの１単位の通過毎に発生するスケールパルスが、一定数に達したことをもって知見させることができる。前記クロック数の計数値は、ヘッドユニット６の移動速度に依存する。すなわち、前記クロック数が小さいほど、ヘッドユニット６はＸ方向により高速で移動していることになる。

制御部２０は、マイクロコンピュータからなり、当該部品実装装置１が備える各部を、所定のプログラムに基づいて制御する。制御部２０は、前記プログラムの実行によって機能的に、全体制御部２１、軸制御部２２、撮像制御部２３、画像処理部２５、速度取得部２６及び進入角取得部２７を具備するように動作する。

全体制御部２１は、部品実装装置１の各種動作を統括的に制御する。例えば全体制御部２１は、コンベア３による基板Ｐの搬送動作、部品供給ユニット４による部品供給動作、ヘッドユニット６による部品実装動作などを統括的に制御する。

軸制御部２２は、Ｘ軸サーボモータ１０及びＹ軸サーボモータ１１の駆動を制御することによって、ヘッドユニット６をＸＹ方向に移動させる。これにより、ヘッドユニット６に搭載されているヘッド本体６１（ノズル６２）、並びに基板認識カメラ６３のＸＹ方向の位置が制御される。また軸制御部２２は、Ｚ軸サーボモータ１２及びＲ軸サーボモータ１３の駆動を制御することによって、ノズル６２の昇降及びＺ軸回りの回転の動作を制御する。これにより、ノズル６２に吸着された部品の基板Ｐへの実装、部品の回転位置調整が実行される。

撮像制御部２３は、部品認識カメラ９及び基板認識カメラ６３の撮像動作を制御する。具体的には撮像制御部２３は、照明部１４を制御しつつ、ノズル６２に吸着された部品を部品認識カメラ９に撮像させる動作、基板Ｐのフィデューシャルマークを基板認識カメラ６３に撮像させる動作を制御する。撮像制御部２３は、露光制御部２４を含む。露光制御部２４は、前記撮像動作の際の露光時間、照明光量等を制御する。本実施形態において露光制御部２４は、部品を保持したノズル６２が部品認識カメラ９の撮像エリアを通過する通過速度に応じて、部品認識カメラ９の露光時間を変化させる。この点については、後記で詳述する。

画像処理部２５は、部品認識カメラ９及び基板認識カメラ６３によって取得された画像データに、形状認識のためのエッジ検出処理等の画像処理を行う。部品認識カメラ９によって取得された画像に画像処理部２５が画像処理を施すことによって、ノズル６２による部品の吸着有無及び吸着姿勢が認識される。また、基板認識カメラ６３の取得画像に画像処理部２５が画像処理を施すことによって、前記フィデューシャルマークが認識される。

速度取得部２６は、ノズル６２が部品認識カメラ９の撮像エリアを通過する通過速度の情報を取得する。速度取得部２６は、前記通過速度の情報として、クロック計数部１８２によるカウンタクロックの計数値を取得する（図８に基づき後記で詳述する）。進入角取得部２７は、ノズル６２の、部品認識カメラ９の撮像エリアに対する進入角の情報を取得する（図１０に基づき後記で詳述する）。

［フライングビジョン方式について］
図３は、部品認識カメラ９が、フライングビジョン方式による部品Ｅの撮像状況を示す模式図である。部品認識カメラ９は、装着されたレンズの特性等によって定まる画角ＡＶを有する。さらに部品認識カメラ９は、画角ＡＶ内の合焦位置（焦点深度内）において、撮像エリアＣＡを備えている。部品認識カメラ９は、この撮像エリアＣＡを通過する部品Ｅ（撮像対象物）の画像を撮像する。

つまり、フライングビジョン方式では、撮像エリアＣＡに部品Ｅを一旦停止させて撮像を行うのではなく、部品Ｅが撮像エリアＣＡを通過する際に撮像を行う。図３には、ヘッド本体６１が備えるシャフト６１１の下端に装着されたノズル６２に、部品Ｅが吸着・保持されている状態が示されている。図３中の位置Ｐ１は、部品Ｅを保持したノズル６２が、撮像エリアＣＡを通過する前の位置である。例えば、位置Ｐ１は、ノズル６２がテープフィーダ５から部品Ｅを吸着した直後の位置である。

次に、部品Ｅを保持したノズル６２は、第２駆動機構８によって、撮像エリアＣＡ通過するように移動される。位置Ｐ２は、ノズル６２が撮像エリアＣＡを通過している途中の位置である。この通過の際に、撮像制御部２３は、部品認識カメラ９を作動させて部品Ｅの画像を撮像させる。当該撮像で取得された画像データは、画像処理部２５に送られる。

その後、ノズル６２は、撮像エリアＣＡを通過して位置Ｐ３へ向かう。位置Ｐ３は、例えば基板Ｐの上空の、部品Ｅの搭載位置に対応する位置である。このような位置Ｐ３においてノズル６２が下降され、基板Ｐに部品Ｅが実装される。以上のようなフライングビジョン方式によれば、部品Ｅの吸着後、実装までの移送中に撮像エリアＣＡを当該部品Ｅが通過し、その通過の際に部品Ｅの画像が撮像されるので、タクトタイムを向上させることができる。

［比較例］
上述の通り、本実施形態では、部品Ｅが撮像エリアＣＡを通過する通過速度に応じて、部品認識カメラ９の露光時間を変化させる。これに対し、従来は前記通過速度に拘わらず、露光時間は一定に設定されている。ここでは比較例として、露光時間を一定として部品認識カメラ９に部品Ｅの撮像を行わせた場合の例を、図４（Ａ）〜（Ｃ）に基づいて説明する。比較例では、露光時間が１０μｓに固定的に設定されている。

図４（Ａ）は、ノズル６２に吸着された部品Ｅの撮像エリアＣＡの通過速度Ｖ＝０ｍ／ｓｅｃ、つまり部品Ｅが撮像エリアＣＡに停止された状態で撮像が行われた場合の撮像結果を示している。ここでの撮像結果は、部品Ｅの画像上のブレ量及び画像の輝度値を示している。Ｖ＝０ｍ／ｓｅｃの場合、部品Ｅは停止位置Ｅ０から移動しないので、当然にブレ量は０μｍとなる。従って、輝度値も、部品Ｅの実際のエッジで急峻に高低する値が得られ、コントラストが良好な画像となる。

図４（Ｂ）は、部品Ｅの通過速度Ｖ１＝１．０ｍ／ｓｅｃの場合の撮像結果を示している。この場合、露光時間内に部品Ｅは、位置Ｅ０から位置Ｅ１まで移動する。具体的には、露光時間が１０μｓであるので、露光期間中に部品Ｅは１０μｍだけ移動する。換言すると、１０μｍのブレ量が画像上に発生する。つまり、部品Ｅの移動方向の実際のサイズに、１０μｍのブレ量が加算された画像が取得される。従って、輝度値の立ち上がり及び立ち下がりが急峻とはならず、画像のコントラストは低下する。

図４（Ｃ）は、部品Ｅの通過速度Ｖ２＝２．０ｍ／ｓｅｃの場合の撮像結果を示している。この場合、露光時間内に部品Ｅは、位置Ｅ０から位置Ｅ２まで移動する。この位置Ｅ２は、Ｖ１＜Ｖ２であることから、位置Ｅ０に対して先の位置Ｅ１よりも離間した位置となる。具体的には、露光時間が１０μｓであるので、露光期間中に部品Ｅは２０μｍ移動し、２０μｍのブレ量が画像上に発生する。つまり、部品Ｅの移動方向の実際のサイズに、２０μｍのブレ量が加算された画像が取得される。従って、輝度値の立ち上がり及び立ち下がりが一層鈍ったものとなり、画像のコントラストはさらに低下する。

図４（Ｂ）、（Ｃ）に示すように、部品通過速度の相違に起因して異なるブレ量が発生してしまうと、画像品質が安定しなくなる。すなわち、ブレ量の相違によって画像コントラストの異なる画像が取得されてしまうことから、取得された画像に基づいて画一的な基準で部品Ｅの吸着状態の評価を行い難くなる。つまり、通過速度がＶ１の画像とＶ２の画像とは、同一の部品Ｅを撮像したものであっても、画像のコントラストが異なり、また、画像の幅が異なるものとなる。この場合、ノズル６２が正しい寸法、外形、外観の部品Ｅを吸着しているか否か、部品Ｅをノズル軸方向に傾きなく吸着しているか等の判断を、取得された画像に基づいて行うことが難しくなる。

さらに、部品通過速度の相違によってブレ量が相違すると、部品Ｅの中心位置が異なる画像を取得してしまう。すなわち、部品Ｅの中心位置は、部品画像の移動方向のエッジを特定し、両エッジ間の中間点が部品Ｅの中心位置であると特定される。図５も参照して、図４（Ａ）の部品Ｅが停止した状態で取得された画像Ｇ０の場合、実際の部品Ｅのサイズに応じた輝度値の両エッジ（輝度値の立ち上がり点）の中間点が、中心位置Ｃ０として求められる。

同様に、図４（Ｂ）、（Ｃ）に示す通過速度Ｖ１、Ｖ２を伴って取得された部品画像についても、各々輝度値の両エッジに基づいて中心位置Ｃ１、Ｃ２が求められる。通過速度Ｖ１で取得された画像Ｇ１と、通過速度Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）で取得された画像Ｇ２とではブレ量が相違するので、両エッジ間の中間点である中心位置Ｃ１、Ｃ２の位置も相違する。つまり、中心位置Ｃ０、Ｃ１、Ｃ２は相互にズレたものとなる。部品Ｅの中心位置情報は、例えばノズル６２で部品Ｅを偏心なく吸着しているか否かを評価するための情報として活用される。このため、部品Ｅの通過速度の相違によって中心位置Ｃ１、Ｃ２が異なると、上記の部品Ｅの偏心吸着の評価等に支障が出ることがある。

［第１実施形態］
図６（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の第１実施形態の部品撮像の態様を模式的に示す図である。本実施形態では、部品Ｅの撮像エリアＣＡの通過速度に応じて、部品認識カメラ９の露光時間を変化させる。図６（Ａ）は、部品Ｅ（第１撮像対象物）の通過速度Ｖ１＝１．０ｍ／ｓｅｃの場合（第１速度）の撮像態様を示している。ここでは、通過速度Ｖ１の場合の撮像において、露光制御部２４が露光時間を１０μｓ（第１露光時間）に設定する例を示している。この場合、図４（Ｂ）の例と同様に、露光時間内に部品Ｅは、位置Ｅ０から位置Ｅ１まで１０μｍ移動する。換言すると、１０μｍのブレ量が画像上に発生する。このブレ量に応じて、輝度値の立ち上がり及び立ち下がりが鈍り、画像のコントラストは一定程度低下する。但し、このコントラスト低下は、部品認識処理に差し支えない範囲の低下である。

図６（Ｂ）は、部品Ｅ（第２撮像対象物）の通過速度Ｖ２＝２．０ｍ／ｓｅｃの場合（第１速度よりも速い第２速度）の撮像態様を示している。ここでは、通過速度Ｖ２の場合の撮像において、露光制御部２４が露光時間を５μｓ（第２露光時間）に設定する例を示している。つまり、通過速度Ｖ２が通過速度Ｖ１の２倍に設定されることに対応して、露光時間が通過速度Ｖ１の場合の露光時間の１／２に設定されている。この場合、露光時間内に部品Ｅは、位置Ｅ０から位置Ｅ２まで１０μｍ移動する。つまり、画像上に発生するブレ量は、通過速度Ｖ１の場合と同じ１０μｍとなる。

このように本実施形態では、撮像エリアＣＡを通過速度Ｖ１で通過する第１の部品Ｅと、これよりも速い通過速度Ｖ２で通過する第２の部品Ｅとが存在する場合、露光制御部２４は、第１の部品Ｅを撮像する際の露光時間よりも、第２の部品Ｅを撮像する際の露光時間を短く設定する。移動する部品Ｅを撮像する場合、取得される画像中には不可避的に部品Ｅの画像にブレが生じる。その画像ブレ量は、露光時間を一定とした場合、撮像エリアＣＡを通過する部品Ｅの通過速度によって異なることは、上掲の比較例で説明した通りである。本実施形態によれば、部品Ｅの通過速度に応じて、露光制御部２４が部品認識カメラ９の露光時間を変更する。従って、通過速度の異なる部品Ｅ間における画像ブレ量のバラツキを抑制し、これら部品Ｅを撮像した画像のコントラストを可及的に揃えることができる。

とりわけ本実施形態では、露光制御部２４は、通過速度Ｖ１又はＶ２で移動する部品Ｅが、露光時間内に撮像エリアＣＡを移動する距離が等しくなるように露光時間を設定する。すなわち、通過速度Ｖ１の場合の露光時間（１０μｓ）内に部品Ｅが移動する距離は１０μｍであり、通過速度Ｖ２の場合の露光時間（５μｓ）内に部品Ｅが移動する距離もまた１０μｍである。このように露光時間を設定すれば、異なる通過速度Ｖ１、Ｖ２で取得される画像におけるブレ量、つまり画像コントラストを一定に揃えることができる。

さらに、本実施形態によれば、通過速度の異なる部品Ｅの画像の中心位置も揃えることができる。図７を参照して、通過速度Ｖ１で取得された画像Ｇ１と、通過速度Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）で取得された画像Ｇ２とは、上記の露光時間の変更によってブレ量が等しくされている。このため、画像Ｇ１、Ｇ２について各々輝度値の両エッジに基づき求められる中心位置Ｃ１、Ｃ２は等しい位置となる。停止した部品Ｅの画像Ｇ０の中心位置Ｃ０と、中心位置Ｃ１、Ｃ２とを揃えることも可能である。

また、前記ブレ量と、部品認識カメラ９が備える撮像素子の画素の数とを関連付けておくことが望ましい。図７では、ブレ量を含む画像Ｇ１、Ｇ２が、画素Ｐｉｘｅｌ＿１〜３の３画素の位置と一致している例を示している。つまり、照明及び露光の期間を、前記撮像素子の副走査方向の特定の３画素分と定め、如何なる部品Ｅの通過速度でもブレ量が３画素分であって、中心位置が前記特定の３画素の中心画素となるように、露光時間を決定する。このような決定手法を採ることで、画像上での部品Ｅの評価を的確に行えるようになる。

以上の通り、本実施形態によれば、通過速度の異なる部品Ｅの画像品質を一定とし、画像の中心位置も揃えることができる。従って、部品認識カメラ９が撮像する部品Ｅの画像に基づいて、ノズル６２が正しい寸法、外形、外観の部品Ｅを吸着しているか否か、部品Ｅをノズル軸方向に傾きなく吸着しているか、或いは、ノズル６２が部品Ｅの中心位置付近を吸着しているか等を、的確に判定することが可能となる。

［撮像処理の具体例］
図８は、第１実施形態の撮像処理を示すタイムチャートである。ここでは、露光制御部２４が部品Ｅの通過速度に応じて露光時間を設定する具体例を示す。図８のタイムチャートの最上段の「ＣＣ２」は、エンコーダ１５（図２参照）が、リニアスケールの１単位の通過毎に発生するスケールパルスに基づいて作成されたクロックパルスである。

エンコーダ１５は、第２駆動機構８に付設されたリニアスケールに基づき、ヘッドユニット６のＸ方向の移動量、換言すると部品Ｅを保持したノズル６２の移動量を検出する。クロックパルスＣＣ２は、エンコーダ１５のスケールパルスをそのまま用いたものではない。クロックパルスＣＣ２は、ヘッドユニット６の移動量を、前記スケールパルスの単位から、部品認識カメラ９が備える撮像素子の１画素分の移動量（単位距離）の単位に変換したパルスである。例えば、エンコーダ１５が、前記リニアスケールに基づき、１μｍ毎にスケールパルスを出力するとする。そして、前記撮像素子の１画素が２４μｍの幅を持つとする。この場合、２４μｍが単位距離となる。そして、２４個のスケールパルスが出力される度に、換言するとヘッドユニット６が２４μｍだけ移動する度に、クロックパルスＣＣ２の１パルスが出力されることになる。このようなクロックパルスＣＣ２の発生間隔が短いほど、部品Ｅを保持するノズル６２の、撮像エリアＣＡの通過速度が速いことになる。

前記タイムチャートの二段目の「ＣＣ２カウンタクロック」は、タイミング発生器１８のクロック発生部１８１が生成する所定周波数のカウンタクロックである。カウンタクロックの周波数は、所要の分解能に応じて定められる。ここでは、８０ＭＨｚのカウンタクロックが発生されている例を示している。

「ＣＣ２周期カウンタ」は、クロックパルスＣＣ２が、１周期のパルスを出力する期間Ｒｃ内に発生された「ＣＣ２カウンタクロック」の計数値である。つまり、「ＣＣ２周期カウンタ」は、ヘッドユニット６が単位距離の２４μｍを移動するのに要した期間に、クロック発生部１８１が発生した「ＣＣ２カウンタクロック」の数である。この計数は、クロック計数部１８２によって行われる。例えば、ヘッドユニット６が３ｍ／ｓｅｃ（３μｍ／μｓ）で移動している場合、１μｓ当たり３μｍ移動することになるので、前記単位距離の２４μｍの移動には８μｓを要することになる。「ＣＣ２カウンタクロック」が８０ＭＨｚであれば、１μｓ当たり８０クロックが発生される。従って、クロックパルスＣＣ２の１周期（２４μｍの移動期間）に計数される「ＣＣ２カウンタクロック」は、８０クロック×８（μｓ）＝６４０クロックとなる。

図８のタイムチャートの「速度」は、「ＣＣ２周期カウンタ」の計数値に基づいて導出されるヘッドユニット６の移動速度である。この移動速度は、部品Ｅの撮像エリアＣＡの通過速度でもある。「ＣＣ１（外部トリガ）」は、部品認識カメラ９に対する撮像開始の指示パルスである。この指示パルスは、制御部２０の撮像制御部２３が生成する。

「内部トリガ」は、露光期間の開始及び終了を定めるもので、露光開始パルスｐ１と、露光停止パルスｐ２とを含む。露光開始パルスｐ１は、「ＣＣ１（外部トリガ）」の指示パルスが与えられると直ちに発生される。露光停止パルスｐ２は、露光開始パルスｐ１が発生された後、「ＣＣ２カウンタクロック」が所定数カウントされたら発生される。露光開始パルスｐ１〜露光停止パルスｐ２の期間が、シャッターを開く等して露光動作をＯＮとする露光時間となる。この露光時間に合わせて、照明動作もＯＮとされる。これにより、部品Ｅの画像が取得される。

本実施形態では、露光制御部２４は、部品Ｅの撮像の直前のヘッドユニット６の移動速度に基づいて、露光時間を設定する。具体的には、速度取得部２６が露光開始パルスｐ１の発生の直前の「ＣＣ２周期カウンタ」の計数値を取得する。図８では、露光開始パルスｐ１の発生直前のクロックパルスＣＣ２の１周期を、期間Ｒｃとして示している。この期間Ｒｃ内に、クロック計数部１８２が計数した「ＣＣ２カウンタクロック」のクロック数が、通過速度の情報として速度取得部２６に与えられる。与えられた計数値は、撮像の直前にヘッドユニット６（部品Ｅ）が１画素分の単位距離（２４μｍ）を移動するのに要した時間に相当する。上掲の例の通り、ヘッドユニット６が３ｍ／ｓｅｃで移動しているならば、速度取得部２６は計数値＝６４０クロックを取得する。

露光制御部２４は、図７に示したように、部品画像のブレ量を３画素分に規制するために、速度取得部２６が取得した「ＣＣ２カウンタクロック」の計数値に、３画素に相当する係数＝３を乗じて、露光時間を設定する。上掲の例ならば、露光制御部２４は、６４０×３＝１９２０クロックに相当する時間を、露光時間として設定する。上記の係数は、３画素分に対応する数値であるので、部品Ｅの移動速度に拘わらず同値に設定される係数となる。このような露光時間の設定手法によれば、部品Ｅの通過速度が速いときは短く、遅いときは長くというように、露光時間を自動的に設定させることができる。また、部品Ｅが如何なる通過速度をもって撮像エリアＣＡを通過する場合でも、画像ブレ量を３画素分の一定値に揃えることができる。

［第２実施形態］
上記第１実施形態では、ヘッドユニット６がＸ方向に移動し、部品ＥがＸ方向に沿って撮像エリアＣＡを通過する場合を想定した。第２実施形態では、部品ＥがＸ方向及びＹ方向に撮像エリアＣＡを通過する場合を想定する。つまり、部品Ｅが撮像エリアＣＡに斜め方向から進入する場合を想定する。

図９（Ａ）、（Ｂ）は、部品Ｅが撮像エリアＣＡに斜め方向から進入する場合の問題点を説明するための図である。図９（Ａ）は、部品ＥがＸ方向に沿って移動する例を示しており、第１実施形態を想定したものである。図９（Ａ）の位置Ｐ１１は、部品Ｅを保持したノズル６２が撮像エリアＣＡに進入する前の位置である。部品Ｅは、この位置Ｐ１１から、Ｘ方向に沿って移動して撮像エリアＣＡを通過し、位置Ｐ１２へ至る。第２駆動機構８に付設されたリニアスケール及びエンコーダ１５は、ヘッドユニット６のＸ方向の移動を検出する。従って、図９（Ａ）の部品Ｅの通過態様であれば、エンコーダ１５の出力に基づいて的確に部品Ｅの通過速度を把握することができる。

一方、図９（Ｂ）は、部品ＥがＸ方向に対して傾きをもって移動する例を示している。ノズル６２に保持された部品Ｅは、位置Ｐ２１から、Ｘ方向及びＹ方向の中間方向に沿って移動して撮像エリアＣＡを通過し、位置Ｐ２２へ至る。このような移動は、ヘッドユニット６が第１駆動機構７（図１）によってＹ方向に移動されつつ、第２駆動機構８によってＸ方向へも移動されながら、部品Ｅを保持したノズル６２が撮像エリアＣＡを通過する場合に想定される。この場合、エンコーダ１５はＸ方向の移動量しか検出できないので、部品Ｅの通過速度を正確に把握することができない。

図１０（Ａ）及び（Ｂ）は、第２実施形態の部品撮像の態様を示す図である。図９（Ｂ）に示すように、部品Ｅが撮像エリアＣＡに斜め方向から進入することを想定する場合であって、Ｘ方向の移動量しか検出できない場合、Ｙ方向の移動量を取得する手段を手当する必要がある。

図１０（Ａ）は、位置Ｐ２１から位置Ｐ２２へ向かう部品Ｅの移動方向Ｆ１の、撮像エリアＣＡに対する進入角θを取得する手法を例示している。進入角θが判明すれば、部品ＥのＹ方向への移動量を推定することができる。従って、エンコーダ１５が検出するＸ方向の移動量に、進入角θに応じた係数を乗じることで、部品Ｅの通過速度を把握することができる。

具体的な処理としては、制御部２０の進入角取得部２７（図２）が、部品Ｅの撮像エリアＣＡに対する進入角θの情報を取得する。進入角θの情報は、ノズル６２の移動経路が予め設定されていれば、その移動経路の情報から導出することができる。速度取得部２６が、エンコーダ１５の検出結果に基づいてＸ方向（一つの軸方向）について取得した部品Ｅの通過速度を、進入角θに沿った通過速度に修正する。そして、露光制御部２４は、修正された通過速度に基づき、露光時間を設定する。

図１０（Ｂ）は、位置Ｐ２１から位置Ｐ２２へ向かう部品Ｅの移動方向Ｆ２の、Ｘ軸速度とＹ軸速度とを予め制御部２０へ入力させる例を示している。Ｘ軸速度及びＹ軸速度が判明すれば、移動方向Ｆ２の速度を導出することができる。

具体的な処理としては、速度取得部２６が、Ｘ方向（第１軸方向）に沿ったＸ軸速度（第１通過速度）の情報と、Ｘ方向と平面内で直交するＹ方向（第２軸方向）に沿ったＹ軸速度（第２通過速度）の情報とを取得する。例えば、Ｘ軸速度の情報はエンコーダ１５の出力から得ることができ、Ｙ軸速度の情報は、第１駆動機構７に付設されたセンサ等から取得することができる。速度取得部２６は、取得したＸ軸速度及びＹ軸速度に基づいて、部品Ｅの移動方向Ｆ２に沿った通過速度を導出する。そして、露光制御部２４は、導出された通過速度に基づき、露光時間を設定する。

以上説明した第２実施形態によれば、部品Ｅが撮像エリアＣＡに斜め方向から進入する部品Ｅの通過速度を正確に把握することができる。従って、露光制御部２４に、前記通過速度に応じて的確な露光時間を設定させることができる。

［他の実施形態］
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、さらに種々の変形実施形態を取ることができる。例えば上記第１実施形態では、図７に示したように、通過速度の異なる部品画像Ｇ１、Ｇ２のブレ量を完全一致させるように露光時間が設定される例を示した。部品画像Ｇ１、Ｇ２のブレ量は必ずしも完全一致させなくとも良く、若干のズレが生じていても良い。また、上記実施形態では、部品認識カメラ９の撮像素子の３画素分の移動距離を基準として露光時間を定める例を示した。露光時間は、画素に依存せず他の基準で定めても良い。

１ 部品実装装置
６ ヘッドユニット（実装ヘッド／移動体）
６２ ノズル（保持部）
７ 第１駆動機構
８ 第２駆動機構（移動機構）
９ 部品認識カメラ（撮像カメラ）
１５ エンコーダ（距離計測部）
１８１ クロック発生部
１８２ クロック計数部
２０ 制御部
２３ 撮像制御部
２４ 露光制御部
２６ 速度取得部
２７ 進入角取得部
ＣＡ 撮像エリア
Ｅ 部品

Claims (8)

1. 所定の撮像エリアを有し、当該撮像エリアを通過する撮像対象物の画像を撮像する撮像カメラと、
   前記撮像カメラの撮像動作を制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、
   前記撮像エリアを通過する撮像対象物の通過速度の情報を取得する速度取得部と、
   前記通過速度に応じて、前記撮像カメラの露光時間を変化させる露光制御部と、
   を含む対象物の撮像装置。
2. 請求項１に記載の対象物の撮像装置において、
   前記通過速度が第１速度である第１撮像対象物と、前記通過速度が前記第１速度よりも速い第２速度である第２撮像対象物とが存在する場合、
   前記露光制御部は、前記第１撮像対象物を撮像する際の第１露光時間よりも、前記第２撮像対象物を撮像する際の第２露光時間を短く設定する、対象物の撮像装置。
3. 請求項２に記載の対象物の撮像装置において、
   前記露光制御部は、前記第１撮像対象物が前記第１露光時間内に前記撮像エリアを移動する距離と、前記第２撮像対象物が前記第２露光時間内に前記撮像エリアを移動する距離とが等しくなるように、前記第１露光時間及び前記第２露光時間を設定する、対象物の撮像装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の対象物の撮像装置において、
   前記制御部は、
   カウンタクロックを発生するクロック発生部と、
   特定の期間内における前記カウンタクロックの発生数を計数することが可能なクロック計数部と、をさらに備え、
   前記速度取得部は、前記撮像の直前に、前記撮像対象物が単位距離を移動するのに要した期間内における前記カウンタクロックの計数値を取得し、
   前記露光制御部は、前記カウンタクロックの計数値に、前記撮像対象物の通過速度に拘わらず同値に設定される係数を乗じた値に相当する時間を、前記露光時間として設定する、対象物の撮像装置。
5. 請求項４に記載の対象物の撮像装置において、
   前記撮像対象物は、当該撮像対象物を保持して移動する移動体によって前記撮像エリアを通過し、前記移動体は距離計測部によってその移動距離が計測されるものであって、
   前記クロック計数部は、前記距離計測部が前記移動体の単位距離の移動を検出する期間内における、前記カウンタクロックの発生数を計数する、対象物の撮像装置。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の対象物の撮像装置において、
   前記制御部は、前記撮像対象物の前記撮像エリアに対する進入角の情報を取得する進入角取得部をさらに備え、
   前記速度取得部は、一つの軸方向について取得した前記撮像対象物の通過速度を、前記進入角に沿った通過速度に修正する、対象物の撮像装置。
7. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の対象物の撮像装置において、
   前記速度取得部は、
   前記撮像対象物の通過速度の情報として、第１軸方向における第１通過速度の情報と、前記第１軸方向と撮像画像の平面内で直交する第２軸方向における第２通過速度の情報とを取得し、
   前記第１通過速度及び前記第２通過速度に基づいて、前記撮像対象物の移動方向に沿った通過速度を導出する、対象物の撮像装置。
8. 部品を保持する保持部を備えた実装ヘッドと、
   前記実装ヘッドを移動させる移動機構と、
   請求項１〜７のいずれか１項に記載の対象物の撮像装置と、を備え、
   前記移動機構は、部品を保持した前記保持部が前記撮像エリアを通過するように、前記実装ヘッドを移動させ、
   前記制御部は、前記保持部が前記撮像エリアを通過する際に、前記撮像カメラに前記撮像動作を実行させる、部品実装装置。

Images