JP3832236B2 - 画像認識装置および画像認識方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワーク上のマークや電子部品などの認識対象物の有無を判定する画像認識装置および画像認識方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
基板に電子部品を実装する電子部品実装ラインなどの電子機器製造分野においては、基板などのワーク上のマークや電子部品などの認識対象物の有無を判定する画像認識が多用されている。例えば、電子部品実装ラインに設けられた基板検査ステーションで不良と判定された基板には、不良であることを示すバッドマークが所定部位に印加され、下流側の実装ステーションではこの部位を撮像してバッドマークの有無を判定することにより、当該基板が実装対象から除外されるべき不良基板であるか否かを判定する。
【0003】
この画像認識は、マークが印加される所定部位を撮像して得られた画像を画像処理することにより、画像内の当該部位にマークに相当する部分、すなわち周囲から明瞭に区別される部分を検出することにより行われる。この検出には、一般に画像内の各画素毎に求めた輝度レベルを予め設定されたしきい値と比較する方法が用いられる。
【0004】
ところで基板の種類は多様であり、材質によって表面の色彩や光沢が異なるとともに、印加されるマークの形状・サイズや色彩も種々異なっている。このため上述の画像認識を行う際には、取得画像上においてマークと周囲との輝度差を示すコントラストができるだけ大きくなるような照明条件を求め、この照明条件下で得られた画像上で上述の区別が正しく行えるようなしきい値を設定する必要がある。
【0005】
従来より、この照明条件やしきい値は、各ワーク毎に作業者が個別に手作業により調整作業を行って設定していた。すなわち、基板上のマーク印加部位を撮像した画面をモニタ上に表示させ、手動調整によって照明条件を変化させながら目視によってマークと周囲とのコントラストが最大となる照明条件を探る作業を行い、この照明条件で得られた画像上でマーク部位と周囲との画像レベルを求めた後にしきい値を決定していた。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この照明条件やしきい値の設定作業は上述のように手作業による煩雑な調整作業を必要とするものであることから、手間と時間を要して作業者への負担が大きいものであった。さらに調整作業は主に経験と勘に頼って行われていたため、作業者の熟練度によって設定結果の適否にばらつきが生じ易く、この結果安定した画像認識が行われずに誤判定を生じる場合があった。このように、従来の認識対象物の有無を判定する画像認識においては、条件設定時の作業者の作業負荷が大きいと共に、安定した認識結果が得られないという問題点があった。
【0007】
そこで本発明は、条件設定時の作業者の作業負荷を軽減するとともに、安定した認識結果を得ることができる画像認識装置および画像認識方法を提供することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の画像認識装置は、撮像により取得された画像に基づいて認識対象物の有無を判定する画像認識装置であって、撮像対象を撮像して画像を取り込む撮像手段と、撮像対象を照明する照明手段と、この照明手段の照明制御部に照明指令値であるランプ値を出力する照明指令手段と、撮像により得られた画像の画像レベルを検出する画像レベル検出手段と、前記ランプ値を変化させたときの画像レベルを検出することによりランプ値と画像レベルとの相関関係を示す指令値・画像レベル特性を求める画像レベル特性検出手段と、前記認識対象物が存在する場合および存在しない場合の2通りの条件下で各ランプ値毎の画像レベルのレベル差を求めることにより認識対象物の有無判定に用いられるしきい値を決定する指令値・しきい値演算手段とを備えた。
【0009】
請求項2記載の画像認識方法は、撮像により取得された画像に基づいて認識対象物の有無を判定する画像認識方法であって、撮像時に撮像対象を照明する照明手段のランプ値を変化させたときの照明指令値であるランプ値と画像レベルとの相関関係を示す指令値・画像レベル特性を前記認識対象物が存在する場合および存在しない場合の2通りの条件下で求める工程と、各ランプ値毎に求められた画像レベルのレベル差から認識対象物の有無判定に用いられるしきい値を決定する工程と、最適照明指令値に従って前記照明手段を点灯した状態で撮像対象を撮像する工程と、撮像で得られた画像を画像処理し前記しきい値に基づいて認識対象物の有無を判定する工程とを含む。
【0010】
請求項3記載の画像認識方法は、請求項2記載の画像認識方法であって、前記認識対象物が存在する場合の画像レベルと存在しない場合の画像レベルとの間の最大レベル差を与える照明指令値を最適照明指令値とする。
【0012】
本発明によれば、撮像時に撮像対象を照明する照明手段の照明光の照明特性を規定するランプ値を変化させたときのランプ値と画像レベルとの相関関係を示す指令値・画像レベル特性を前記認識対象物が存在する場合および存在しない場合の2通りの条件下で各ランプ値毎の画像レベルのレベル差を求めることにより認識対象物の有無判定に用いられるしきい値を決定することにより、手作業による調整を行うことなく最適照明指令値およびしきい値を適切に設定することができる。
【0013】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図1は本発明の一実施の形態の画像認識装置が組み込まれた電子部品実装装置の平面図、図2は本発明の一実施の形態の画像認識装置の構成を示すブロック図、図3は本発明の一実施の形態の画像認識方法における最適照明指令値およびしきい値設定方法を示すグラフである。
【0014】
まず図1を参照して電子部品実装装置の構造について説明する。図1において基台1の中央には、X方向に搬送路2が配設されている。搬送路2は基板3を搬送し電子部品の実装位置に位置決めする。搬送路2の両側方には、複数の電子部品の供給部4が配置されており、それぞれの供給部4には多数のテープフィーダ5が並設されている。テープフィーダ5はテープに保持された電子部品を収納し、このテープをピッチ送りすることにより電子部品を供給する。
【0015】
基台1上面の両端部上にはY軸テーブル6A,6Bが配設されており、Y軸テーブル6A,6B上には2台のX軸テーブル7A,7Bが架設されている。Y軸テーブル6Aを駆動することにより、X軸テーブル7AがY方向に水平移動し、Y軸テーブル6Bを駆動することにより、X軸テーブル7BがY方向に水平移動する。X軸テーブル7A,7Bにはそれぞれ移載ヘッド8が装着されている。
【0016】
移載ヘッド8は上記X,Yテーブル機構によって水平移動し、それぞれの供給部4から電子部品を図示しない吸着ノズルによってピックアップし、搬送路2に位置決めされた基板3上に実装する。また移載ヘッド8に隣接して移載ヘッド8と一体的に移動するカメラ9が備えられている。移載ヘッド8を基板3上に移動させて、カメラ9で基板の所定位置を撮像することにより、カメラ9は基板3に印加された位置合わせマークやバッドマークなどのマークを認識する。
【0017】
ここで基板3は、複数の単位基板3aを集合させて1枚の基板を構成した多面取り基板である。各単位基板3aの所定位置にはマーク位置3bが設定されており、上流の検査工程においてマーク位置3bにバッドマークMが印加された単位基板については、不良品であると判断して以後の工程において部品の実装作業の対象外となる。この電子部品実装装置では、カメラ9によってマーク位置3bを撮像することにより、マーク位置3b内におけるバッドマークMの有無を検出する。
【0018】
それぞれの供給部4から搬送路2に至る経路には、カメラ10が配設されている。これらのカメラ10は、それぞれの移載ヘッド8に保持された状態の電子部品を下方から撮像する。そして移載ヘッド8による電子部品の搭載時には、撮像データを認識して得られた認識結果に基づいて位置補正が行われる。
【0019】
次に図2を参照して画像認識装置の構成を説明する。図2において、カメラ9は下方の撮像対象である基板3を撮像して画像に取り込む撮像手段であり、撮像時に基板3を照明する照明部11(照明手段)を備えている。照明部11はLEDなどの光源を備え、照明制御部12によって点灯される。照明制御部12に照明指令部13(照明指令手段)から照明指令値であるランプ値Iを出力することにより、照明部11はランプ値Iに応じた光量で撮像対象を照明する。
【0020】
カメラ9は画像認識部14に接続されている。画像認識部14は、画像記憶部15,明るさ検出部16,判定処理部17を備えている。画像記憶部15はカメラ9によって取得された画像データを記憶する。明るさ検出部16は、画像記憶部15に記憶された画像データに基づき、画像内の特定部位の明るさ(画像レベル)を検出する。従って明るさ検出部16は、画像レベル検出手段となっている。
【0021】
判定処理部17は、画像記憶部15に記憶された画像データに基づき、マーク位置3b内の認識対象物であるバッドマークMの有無を判定し、判定結果を電子部品実装装置の制御部に対し出力する。ここで判定処理に際しては、画像内でマーク位置3b内の所定範囲の画像レベルを求め、求められた画像レベルをしきい値と比較することにより行われる。判定に用いられるしきい値は、CPUである演算部18から指示される。演算部18は、前述のように判定処理にためのしきい値を出力するとともに、照明指令部13に対して撮像対象の基板品種毎にバッドマーク検出のための撮像における最適ランプ値(最適照明指令値)を出力する。
【0022】
ここで、図3を参照して、これらの最適ランプ値および判定に用いられるしきい値を決定するために演算部18によって行われる処理について説明する。この処理は、当該画像認識装置で認識対象の基板を実際に撮像して得られる画像データに基づいて、最適ランプ値および判定用のしきい値を求めるものであり、照明部11の光源を交換して照明特性が変化した場合や、認識対象が異なる場合、すなわち品種切り替えなどによってバッドマークMの大きさ、色彩、背景色などが変化した場合に行われる。
【0023】
まずランプ値Iと画像レベル(明るさ)Lとの関係を求める。ここではカメラ9を基板3上の撮像位置に位置させ、マーク位置3bの画像を取得する。このとき、ランプ値Iを定ピッチで変化させ、それぞれのランプ値についてマーク位置3b内に設定された抽出範囲の画素の平均輝度を求め、プロットする。この計測は、マーク位置3b内にバッドマークMが存在する場合および存在しない場合のそれぞれについて行われる。
【0024】
すなわち、図3(a)に示すように、ランプ値−画像レベルの相関関係を示す特性曲線が、バッドマークMが存在する場合(曲線L1)および存在しない場合(曲線L2)についてそれぞれ求められる。いずれの場合においても、ランプ値の増加につれて画像レベルも増大するが、ランプ値がある範囲を超えると画像レベルは上限レベルに収束する傾向にある。そしてこれらの特性は、画像認識装置と認識対象物との組み合わせで個々に異なったものとなる。
【0025】
次に図3(b)に示すように、バッドマークMが存在する場合(曲線L1)および存在しない場合(曲線L2)におけるレベル差ΔLを各ランプ値毎に計算する。そして計算結果より、最大のレベル差ΔLMを与えるランプ値を、最適ランプ値Iopt.として求める。すなわち、バッドマークMが存在する場合と存在しない場合とで、最もコントラストが明瞭となるようなランプ値を求める。この最適ランプ値Iopt.は、照明指令部13に送られる。
【0026】
次に、判定用のしきい値を決定する。図3(c)に示すように、最適ランプ値Iopt.における曲線L1,L2のそれぞれのレベル値の中間値(好ましくはレベル差ΔLMの1/2に相当するレベル値)を、しきい値L(TH)として求める。求められたしきい値L(TH)は、判定処理部17に送られる。
【0027】
すなわち演算部18は、照明指令値を変化させたときの画像レベルを検出することにより照明指令値と画像レベルとの相関関係を示す指令値・画像レベル特性を求める画像レベル特性検出手段であると共に、認識対象物が存在する場合および存在しない場合の2通りの条件下で求められた指令値・画像レベル特性に基づいて、撮像時の最適照明指令値および認識対象物の有無判定に用いられるしきい値を決定する指令値・しきい値演算手段となっている。
【0028】
このような方法で最適ランプ値Iopt.およびしきい値L(TH)を設定することにより、従来の作業者の経験と勘に依存する方法と比較して、設定作業を省力化できるとともに、設定結果に作業者間の個人差による設定結果のばらつきが発生せず、安定した画像認識結果を得ることが可能となっている。
【0029】
画像認識装置によってバッドマークの検出を行う際には、当該基板に対応した最適ランプ値Iopt.によって照明部11を点灯し、この照明状態で基板3の撮像が行われる。そして取得画像を画像処理してバッドマークMの有無を判定する際には、当該基板に対応したしきい値L(TH)が用いられる。これにより、バッドマークMの有無のそれぞれの場合を対比したときに最も明瞭なコントラスト差を与える照明条件下で撮像が行われ、しかも判定に用いられるしきい値はいずれの側にも偏っていない適正値が用いられることから、安定した認識結果を得ることができる。
【0030】
なお上記実施の形態では、照明部11にLED光源を使用した例において、照明指令値としてのランプ値によって照明の光量を変化させ、画像レベルとしての画像の明るさを検出する例を示したが、本発明はこれに限定されず、照明指令値として照明部の光量を示すランプ値以外の特性値を用いてもよい。例えば、光源として照明光の波長が調整可能な発光装置を用いる場合には、照明光の波長と画像レベルとの関係を検出することにより、最も明瞭なコントラストを与える波長域を最適波長域(最適照明指令値)として求める。
【0031】
また上記実施の形態では、認識対象物として基板に印加されるマークを対象とした例を示したが、これ以外の対象物、例えば基板に実装された電子部品の有無や、電子部品に印加された極性マークなど、背景画像との画像レベルの対比において認識対象物の有無の判別が可能なものであれば、本発明を適用することができる。
【0032】
【発明の効果】
本発明によれば、撮像時に撮像対象を照明する照明手段の照明光の照明特性を規定するランプ値を変化させたときのランプ値と画像レベルとの相関関係を示す指令値・画像レベル特性を前記認識対象物が存在する場合および存在しない場合の2通りの条件下で各ランプ値毎の画像レベルのレベル差を求めることにより認識対象物の有無判定に用いられるしきい値を決定するようにしたので、手作業による調整を行うことなく最適照明指令値およびしきい値を適切に設定することができ、設定作業の省力化とともに、個人差によるばらつきのない安定した認識結果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態の画像認識装置が組み込まれた電子部品実装装置の平面図
【図2】本発明の一実施の形態の画像認識装置の構成を示すブロック図
【図3】本発明の一実施の形態の画像認識方法における最適照明指令値およびしきい値設定方法を示すグラフ
【符号の説明】
3 基板
3b マーク位置
9 カメラ
11 照明部
12 照明制御部
13 照明指令部
14 画像認識部
16 明るさ検出部
17 判定処理部
18 演算部
I ランプ値
Iopt. 最適ランプ値
L 画像レベル(明るさ)
L(TH) しきい値
M バッドマーク
Claims (3)
- 撮像により取得された画像に基づいて認識対象物の有無を判定する画像認識装置であって、撮像対象を撮像して画像を取り込む撮像手段と、撮像対象を照明する照明手段と、この照明手段の照明制御部に照明指令値であるランプ値を出力する照明指令手段と、撮像により得られた画像の画像レベルを検出する画像レベル検出手段と、前記ランプ値を変化させたときの画像レベルを検出することによりランプ値と画像レベルとの相関関係を示す指令値・画像レベル特性を求める画像レベル特性検出手段と、前記認識対象物が存在する場合および存在しない場合の2通りの条件下で各ランプ値毎の画像レベルのレベル差を求めることにより認識対象物の有無判定に用いられるしきい値を決定する指令値・しきい値演算手段とを備えたことを特徴とする画像認識装置。
- 撮像により取得された画像に基づいて認識対象物の有無を判定する画像認識方法であって、撮像時に撮像対象を照明する照明手段のランプ値を変化させたときの照明指令値であるランプ値と画像レベルとの相関関係を示す指令値・画像レベル特性を前記認識対象物が存在する場合および存在しない場合の2通りの条件下で求める工程と、各ランプ値毎に求められた画像レベルのレベル差から認識対象物の有無判定に用いられるしきい値を決定する工程と、最適照明指令値に従って前記照明手段を点灯した状態で撮像対象を撮像する工程と、撮像で得られた画像を画像処理し前記しきい値に基づいて認識対象物の有無を判定する工程とを含むことを特徴とする画像認識方法。
- 前記認識対象物が存在する場合の画像レベルと存在しない場合の画像レベルとの間の最大レベル差を与える照明指令値を最適照明指令値とすることを特徴とする請求項2記載の画像認識方法。
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