JP3038990B2

JP3038990B2 - 画像２値化のしきい値決定方法

Info

Publication number: JP3038990B2
Application number: JP3141659A
Authority: JP
Inventors: 正通森本; 圭三泉田; 典晃 ▲よし▼田; 隆清水
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1991-06-13
Filing date: 1991-06-13
Publication date: 2000-05-08
Anticipated expiration: 2015-05-08
Also published as: JPH04365179A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子部品を回路基板に
装着する電子部品装着装置において、処理対象物である
電子部品の位置検出を非接触で高速に行うことを目的と
した画像前処理方法で、電子部品をビデオカメラなどで
撮像して得られる画像パターンを、安定して２値化する
画像２値化のしきい値決定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、電子部品装着分野では電子部品を
１秒間に４〜５個というスピードで高速かつ正確に回路
基板に装着する技術が必要とされてきている。このた
め、電子部品をビデオカメラなどで撮像し、得られた画
像信号をデジタル化し、デジタル化した画像信号を高速
に処理して、電子部品の位置検出を非接触で高速に行う
デジタル画像処理技術が活用される傾向にある。従来、
電子部品装着装置におけるデジタル画像処理技術とし
て、デジタル画像の輝度データをあるしきい値で明と暗
の２値のデータに変換する２値化処理技術が用いられて
きた。この理由を次に述べる。一般的なビデオ信号であ
る、ＮＴＳＣビデオ信号をデジタル化して得られるデジ
タル画像データは、解像度を５１２×４８０画素とし、
１画素あたりの輝度情報を８ビットとすると２４０キロ
バイトものデータ量となる。この膨大なデジタル画像デ
ータを、画像取り込み時間を含めて２５０ｍ秒以下とい
う短時間で処理しようとすると、大量のデジタル画像デ
ータを高速に処理するための大規模な専用ハードウェア
が必要になり、電子部品装着装置に適した制御装置の枠
をコスト的にもスペース的にも大幅に越えてしまうこと
になる。高速処理を実現するための手法の一つとして、
膨大なデジタル画像データが本来の目的を達成するため
の性質を失わない範囲で、データ量を減少させる画像デ
ータ圧縮方法がある。２値化処理技術は、画像データ圧
縮方法の一つであり、比較的簡単なハードウェア構成で
実現できるだけでなく、高速処理にむいた画像処理アル
ゴリズムが適用できるという理由によってよく用いられ
ている。

【０００３】次に、電子部品装着装置において電子部品
が回路基板に装着される工程を、図５から図７を用いて
説明する。図５は、電子部品を１秒間に４〜５個という
スピードで高速に回路基板に装着する電子部品装着装置
の外観図である。図６は、図５に示す電子部品装着装置
のユニット配置を示す図である。中央のロータリーヘッ
ド６０には１０個のノズル６１が組み込まれており、１
回の動作で、３６度ずつ時計方向に回転する。リール状
にテーピングされ、カセット６２に組み込まれた電子部
品は部品供給部６３を構成している。ロータリーヘッド
６０に３６度きざみで設けられたステーションには、電
子部品吸着部６４，電子部品姿勢検出部６５，電子部品
傾き補正部６６，電子部品装着部６７がある。電子部品
吸着部６４では、部品供給部６３が左右に移動し、装着
しようとしている電子部品が格納されたカセット６８が
選ばれ、電子部品吸着部６４にあるノズル６１が電子部
品を吸着する。電子部品姿勢検出部６５ではノズル６１
に吸着された電子部品の中心位置および傾きが検出され
る。図７は電子部品姿勢検出部６５における、各構成ユ
ニットの位置関係を詳細に示している。ノズル６１に
は、吸着された電子部品７０の２値画像を得るために、
反射板７１が取り付けられており、スポット光源７２か
ら発せられる光は反射板７１だけを照らし、電子部品７
０は照らさないようになっている。また、ビデオカメラ
７３は、ノズル６１の下方向から電子部品７０を撮像し
ている。電子部品傾き補正部６６では、電子部品姿勢検
出部６５で検出した電子部品の傾きを補正するため、ノ
ズル６１を補正分だけ回転させる。電子部品装着部６７
では、電子回路基板を搭載したＸＹテーブル６９がＸＹ
方向に移動することによって、電子部品姿勢検出部６５
で検出した電子部品の中心位置を補正する。また、中心
位置の補正後にノズル６１に吸着された電子部品が、電
子回路基板に装置される。さらに、ノズルに吸着された
電子部品をビデオカメラで撮像し、２値画像パターンを
得るための、しきい値決定方法について図８を用いて説
明する。まず、上記電子部品を認識するためのデータを
作成する作業である教示処理を行う。この作業では、特
定の１つの電子部品保持手段、すなわちノズルで、上記
電子部品を吸着し、２値画像パターンを得るためのしき
い値を決定する。図８（ａ）では、７番のノズルで教示
しきい値ＴＨＬｏを決定したことを示している。次に、
認識時であるが、この時には図８（ｂ）に示すように１
０本のノズルに対する認識しきい値として、教示しきい
値と同じしきい値ＴＨＬｏを用いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記の
ような構成では、複数本のすべてのノズルに対して安定
した２値画像を得ることはできない。なぜならば、電子
部品装着装置を長時間運転させていると、ノズルの反射
板にほこりやオイルなどの汚れが付着し、すべてのノズ
ルにおいて光の反射条件が異なってくる。図８（ｃ）
は、すべてのノズルに対して認識しきい値を求めたもの
で、７番ノズルに対する認識しきい値と、他のノズルに
対する認識しきい値とが、かなり異なっていることがわ
かる。このため、すべてのノズルに対して１つのしきい
値で２値化すると、対象物である電子部品の形状を正確
に反映した画像パターンを得ることができない。

【０００５】本発明は上記従来の課題を解決するもの
で、各々のノズルごとに適切な２値化のしきい値を与え
る簡単な方法を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明のしきい値決定方法は、各々のノズル（ｉ番
目のノズル）が吸着する電子部品の２値化画像を最も鮮
明にする各々のノズルごとの２値化のしきい値（認識し
きい値）ＴＲｉの決定を、ノズルが電子部品を吸着して
いない状態の２値化画像が最も鮮明である各々のノズル
ごとの２値化しきい値（基本しきい値）ＴＢｉを決定す
る第１工程と、特定のノズル（ｎ番目のノズル）におい
て吸着した電子部品の２値化画像が最も鮮明である２値
化しきい値（教示しきい値）ＴＴｎを決定する第２工程
と、上記認識しきい値ＴＲｉを下式によって計算する第
３の工程とによって行う。

【０００７】ＴＲｉ＝ＴＴｎ＋（ＴＢｉ−ＴＢｎ）ただし、ＴＢｎは特定のノズル（ｎ番目のノズル）の基
本しきい値である。

【０００８】

【作用】本発明は上記した構成により、複数本あるすべ
てのノズルにおいて、各々のノズルに適合した２値化し
きい値を決定できる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図１から図４を
用いて説明する。図１は本発明による画像パターン抽出
方法の処理概要を示すフローチャートである。図１にお
いて、第１工程は、基本しきい値決定工程である。複数
の電子部品保持手段、すなわち複数のノズルに対して、
電子部品を吸着しない状態でノズルの輪郭が最もはっき
り映し出されるしきい値を決定する。この時の状態は、
図７において電子部品７０を取り払った状態で、ノズル
だけをカメラで撮像したものである。図６で説明する
と、ノズル６１が供給部６３で電子部品を吸着せずに回
転して、電子部品姿勢検出部６５に停止した状態であ
る。すべてのノズルにおいて反射板からの光の反射条件
が少しずつ異なるため、上記しきい値はノズルによって
少しずつ異なった値を取る。そこで、各ノズルごとのし
きい値を、ＴＢｉとする（ｉはノズル番号、ｉ＝１，
２，３，……）。第２工程は、教示しきい値決定工程で
ある。図７に示すように、特定の１つのノズルに対し
て、電子部品を吸着した状態で電子部品の輪郭が最もは
っきり映し出されるしきい値ＴＴｎ（ｎは特定のノズル
の番号）を決定する。図６で説明すると、ノズル６１が
部品供給部６３で電子部品を吸着して回転し、電子部品
姿勢検出部６５に停止した状態である。第３工程は、認
識しきい値決定工程である。第１工程で決定した基本し
きい値ＴＢｉと、第２工程で決定した教示しきい値ＴＴ
ｎとから、各ノズルの認識しきい値ＴＲｉを下記の式に
基づいて決定する。

【００１０】ＴＲｉ＝ＴＴｎ＋（ＴＢｉ−ＴＢｎ）ただし、ＴＢｎは特定のノズル（ｎ番目のノズル）の基
本しきい値である。

【００１１】図２は、１０本のノズルで構成されるロー
タリーヘッドを有する電子部品装着装置における、基本
しきい値ＴＢｉと教示しきい値ＴＴｎと認識しきい値Ｔ
Ｒｉを示している。図２（ａ）は、１０本のノズルに対
する基本しきい値ＴＢｉを示している。基本しきい値Ｔ
Ｂｉは、電子部品装着装置の初期設定時に、各ノズルに
対して１回だけ求めればよい。図２（ｂ）は、７番ノズ
ルに対して求めた教示しきい値ＴＴｎである。図２
（ｃ）は、基本しきい値ＴＢｉと、教示しきい値ＴＴｎ
とから、前記の式に基づいて算出した認識しきい値ＴＲ
ｉである。図３は、電子部品装着装置のロータリーヘッ
ドを示したもので、９番ノズルが電子部品吸着部１０
に、７番ノズルが電子部品姿勢検出部１１に位置してお
り、図２（ｂ）の７番ノズルの教示しきい値を求めると
きの状態を示している。

【００１２】図４は、本発明の一実施例の概要を示すブ
ロック図である。以下、図４をもとに本発明の動作を説
明する。電子部品２０がノズル２１に吸着されており、
ノズル２１には光源２２からの光を反射する反射板２３
が取り付けられている。ノズル２１はロータリーヘッド
２４に固定されており、ロータリーヘッド２４はメイン
コントローラ２５によって制御されるモータ２６が回転
させている。上記状態で、電子部品２０をビデオカメラ
などの撮像手段２７で撮像し、得られたビデオ信号をデ
ジタル化手段２８でデジタル化し、２値化手段手段２９
で２値化し、２値画像パターンとして画像パターン記憶
手段３０に格納する。また２値化手段２９で２値化され
た画像パターンは、アナログ化手段３１でビデオ信号に
変換され、ビデオモニタ３２へ送られてオペレータに対
して表示される。２値化手段２９でデジタルビデオ信号
を２値化する時のしきい値は、最初は中央処理手段３４
が保持する初期値が与えられる。上記しきい値の変更
は、オペレータが操作している操作盤３３のキーを、中
央処理手段３４がキー読み取り手段３５より読み取り、
中央処理手段３４が上記しきい値を変更して２値化手段
２９に設定することによって行われる。また２値化手段
２９から出力される２値化された画像パターンは、アナ
ログ化手段３１でビデオ信号に変換され、ビデオモニタ
３２に表示される。オペレータは、ビデオモニタ３２に
表示される２値化画像パターンを確認しながら、しきい
値の変更操作を行っているので、撮像手段２７で撮像し
ている対象物の正しい２値化画像が得られたところで上
記しきい値変更操作を終了し、対象物に最適なしきい値
が決定する。

【００１３】ノズル２１に対する基本しきい値の決定
は、電子部品２０が吸着されていない状態でノズル２１
を撮像手段２７で撮像し、オペレータがビデオモニタ３
２に表示されるノズル２１の２値画像を確認しながら、
操作盤３３のキーを操作することによって定まる。ロー
タリーヘッド２４に取り付けられたすべてのノズル２１
に対する基本しきい値ＴＢｉは、各ノズルに対して上記
過程を繰り返すことで決定される。この時、メインコン
トローラ２５はモータ２６を制御してロータリーヘッド
２４を回転させ、所定のノズル２１を撮像手段２７の上
部へ移動させる。また中央処理手段３４に対しては、ノ
ズル番号記憶手段３７を介して撮像手段２７の上部へ移
動しているノズル２１の番号を通知する。上記処理によ
り中央処理手段３４は、すべてのノズルの対応基本しき
い値を、ノズル番号ごとに基本しきい値記憶手段３６に
格納することができる。

【００１４】次に、電子部品２０を特定の１つのノズル
で吸着し、上記処理によって電子部品２０の輪郭が最も
はっきり映し出される教示しきい値を決定しＴＴｎとす
る。またこの時に、中央処理手段３４が電子部品２０の
中心位置および傾きを求めるために必要な認識データを
作成し、教示しきい値ＴＴｎが前記認識データ中に格納
される。前記認識データはパラメータ記憶手段３８を介
してメインコントローラ２５へ転送される。以上で、電
子部品を回路基板に次々と装着するための準備が完了す
る。電子部品を回路基板に装着する時、メインコントロ
ーラ２５はモータ２６を制御してロータリーヘッド２４
を回転させ、電子部品２０を吸着したノズル２１を撮像
手段２７の上部へ移動させる。また中央処理手段３４に
対しては、パラメータ記憶手段３８を介して電子部品２
０の認識データを転送するとともに、ノズル番号記憶手
段３７を介して撮像手段２７の上部へ移動しているノズ
ル２１の番号を通知し、電子部品２０の中心および傾き
検出を命令する。中央処理手段３４は、認識データに格
納されている教示しきい値ＴＴｎと、基本しきい値記憶
手段３６に格納されている２つの基本しきい値ＴＢｉ・
ＴＢｎを前記の式に代入して認識しきい値ＴＲｉを算出
し、２値化手段２９に格納する。そして画像入力を行う
と、電子部品２０の輪郭を忠実に再現した２値画像パタ
ーンが画像パターン記憶手段３０に格納される。次に中
央処理手段３４は、中心・傾き検出手段３９に対して指
令を出し、画像パターン記憶手段３０に格納されている
電子部品２０の２値画像パターンを処理し、電子部品２
０の中心および傾きを検出し、中心・傾き記憶手段４０
を介してメインコントローラ２５へ、電子部品２０の中
心および傾きを転送する。メインコントローラは、前記
中心・傾きを用いて電子部品２０の姿勢を補正し、回路
基板に精度良く電子部品２０を装着することができる。

【００１５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
画像２値化のしきい値決定方法は、電子部品をビデオカ
メラなどによって撮像して得られる画像をデジタル化
し、さらに前記の式で定めたしきい値によって各々のノ
ズルを２値化することにより、各々のノズルの２値化し
きい値を測定するのにくらべはるかに簡単に各々のノズ
ルの２値化しきい値を適切に決定できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のしきい値決定方法の処理概要を示すフ
ローチャート

【図２】３個のしきい値の関係を説明する図

【図３】７番ノズルに教示しきい値を決定するときのノ
ズル配置図

【図４】本発明の実施例の概要を示すブロック図

【図５】電子部品装着装置の外観図

【図６】電子部品装着装置のユニット配置図

【図７】電子部品位置検出の構成を説明する図

【図８】従来のしきい値決定を説明する図

【符号の説明】

１基本しきい値ＴＢｉ決定工程（第１工程）２教示しきい値ＴＴｎ決定工程（第２工程）３認識しきい値ＴＲｉ決定工程（第３工程）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者清水隆大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内 (56)参考文献特開平３−131100（ＪＰ，Ａ) 特開平２−303100（ＪＰ，Ａ) 特開昭63−106506（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G06T 1/00 G06T 5/00 G06T 7/00 H05K 13/04

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】電子部品を吸着して回路基板に実装する複
数個のノズルと、上記吸着された電子部品を撮像したビ
デオ信号をデジタル化し、あるしきい値を境に明または
暗の２値化画像に転換する手段とを有する電子部品装着
装置において、各々のノズル（ｉ番目のノズル）が吸着
する電子部品の２値化画像を最も鮮明にする各々のノズ
ルごとの２値化のしきい値（認識しきい値）ＴＲｉの決
定を、ノズルが電子部品を吸着していない状態の２値化
画像が最も鮮明である各々のノズルごとの２値化しきい
値（基本しきい値）ＴＢｉを決定する第１工程と、特定
のノズル（ｎ番目のノズル）において吸着した電子部品
の２値化画像が最も鮮明である２値化しきい値（教示し
きい値）ＴＴｎを決定する第２工程と、上記認識しきい
値ＴＲｉを下式によって計算する第３の工程とによって
行う画像２値化のしきい値決定方法。ＴＲｉ＝ＴＴｎ＋（ＴＢｉ−ＴＢｎ）ただし、ＴＢｎは特定のノズル（ｎ番目のノズル）の基
本しきい値である。