JP4187511B2 - 撮像カメラの絶対傾き計測装置および絶対傾き計測方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、撮像カメラの絶対傾き計測装置および絶対傾き計測方法に関し、特に、電子部品を基板に自動的に実装する電子部品実装分野などに適した撮像カメラの絶対傾き計測装置および絶対傾き計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のロータリー型電子部品実装機の一般的な構成は図６に示すようなものとされている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
電子部品実装機には、電子部品を供給する電子部品供給手段１０と、この電子部品供給手段１０から供給された電子部品１を基板２上に装着する電子部品実装手段２０とが設けられている。
【０００４】
電子部品供給手段１０は、複数の部品供給機１１を並列させた姿勢で載せてＸ軸方向に移動自在の可動テーブル１２と、可動テーブル１２をＸ軸方向に移動させるモータなどからなるテーブル駆動機構１３とから構成されている。各部品供給機１１には、リール１４が装填されており、各リール１４は、多数の電子部品を一列に収納したテープを保持している。各部品供給機１１が駆動されると、テープに収納された電子部品が部品供給位置１５に順次に引き出されて、一個ずつ取り出される。
【０００５】
電子部品実装手段２０は、複数のノズル２１を有する回転体２２と、回転体２２および各ノズル２１の位置を認識しながら支持するインデックス装置２３と、回転体２２を回転させるための回転体駆動機構２４および減速機２５と、電子部品１の吸着姿勢などを撮像する撮像カメラ２６と、撮像カメラ２６により撮像された画像のデータに基づいて電子部品の吸着姿勢を解析する姿勢解析装置２７と、各構成要素を制御する制御装置２８などから構成されている。また、図示しないが、基板２の位置を認識するための撮像カメラなども設けられている。そして、回転体駆動機構２４からの動力が減速機２５を介してインデックス装置２３に伝わることで、インデックス装置２３に力を入力する入力軸２９の連続回転が回転体２２の間欠的な回転動作に変換される。回転体２２の周囲に等間隔に配置されている複数のノズル２１は、それぞれの軸を中心とした回転および昇降が可能である。
【０００６】
任意の部品供給機１１がノズル２１の真下に位置決めされると、下降したノズル２１が下降され、このにノズル２１より電子部品１が吸着される。その後、ノズル２１が上昇され、吸着している電子部品１が、回転体２２の回転によって図６における手前側位置に搬送される。この搬送過程で、撮像カメラ２６の真上にノズル２１が位置決めされ、撮像カメラ２６により、ノズル２１で吸着された電子部品１の画像が取り込まれる。その取り込まれた画像は、姿勢解析装置２７によって、電子部品１の吸着状態の解析に使用され、その解析結果をもとに制御装置２８が電子部品１の位置補正および角度補正が行われる。この補正は、回路基板２に対する電子部品１の装着位置および装着角度を調整するためのものである。
【０００７】
電子部品１が装着される基板２は、基板支持台３２上に水平に支持されている。基板支持台３２にはＸ軸駆動機構３０およびＹ軸駆動機構３１が結合されており、これらのＸ軸駆動機構３０およびＹ軸駆動機構３１が駆動されて基板支持台３２がＸ方向ないしＹ方向に移動されることで基板２が水平面内の任意の位置に移動され、目的の位置で位置決めされる。
【０００８】
電子部品１を基板２に装着するときには、ノズル２１の真下の位置に、基板２上のあらかじめ設定された実装位置が位置するように位置決めさせる。そして、電子部品１を吸着したノズル２１が下降され、下降された時点でノズル２１による電子部品１の吸着を解放させて、電子部品１を基板２上の所望の実装位置に装着する。その後、ノズル２１は上昇されて復帰される。
【０００９】
このような一連の動作によって、一個の電子部品１の実装動作が完了するのであり、複数の電子部品１を実装する場合には、予め指定しておいた電子部品実装位置情報の実装順序（以下、ＮＣプログラムと呼ぶ）に従って、上述の実装動作がそれぞれの電子部品１に対して繰り返し行われる。
【００１０】
装着時に補正を行う際には、電子部品１の姿勢や基板２に付与された基板マークを撮像カメラ２６によって認識させて制御装置２８により補正量を求める。この場合に、精度よく補正を行うためには、その撮像カメラ２６が電子部品実装機の基準になる方向（例えばＸ軸方向）に対して何度傾いているかをできるだけ正確に計測する必要がある。なお、基準になる方向に対する傾きを絶対傾きと呼ぶことにする。
【００１１】
現状のカメラ傾き登録処理の流れを図７に示す。
まず、ステップＳ１にて、絶対傾きが既知である治具パターンを計測対象の撮像カメラ２６によって撮像して、治具パターンの傾きを認識させる。次のステップＳ２では治具パターンの傾きの認識結果からカメラ傾きを計算する。治具パターンの絶対傾きをθ、治具パターンのカメラ座標系における傾きの認識結果をψとすると、その撮像カメラ２６の傾き角度（絶対傾き）は
θ−ψ
となる。たとえば、絶対角度θの治具パターンの認識結果が０［ｄｅｇ］となる場合、このカメラの傾きはθ［ｄｅｇ］であるといえる。治具パターンの絶対傾きθは、機械的もしくは制御的に保証する必要がある。例えば、機械的に保証するなら、Ｘ軸方向に移動するピックアップ（位置検知用部品）を治具側面にあてて、治具パターンとＸ軸方向の平行を保証する方法などがある。また制御的に保証するには、既に絶対傾きが分かっている別の撮像カメラで治具パターンの傾きを計測し、治具の絶対傾きを求める方法などがある。図７に示すステップＳ３では、求まったカメラ傾きを返値として返すようになっている。
【００１２】
【特許文献１】
特開平１１−２２５０００号公報
【００１３】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、撮像カメラ２６の分解能と傾き計測精度との関係について図８を参照しながら説明する。図８における３５は撮像カメラ２６の視野であり、視野３５内に認識された治具パターン３６の一辺に注目する。この治具パターン３６の一辺の両端部３６ａ，３６ｂを拡大すると、この一辺は、撮像カメラ２６の同一箇所に並ぶ画素の範囲内において、最も傾きが大きい場合のライン３７から最も傾きが小さいライン３８までの角度範囲内を取りうる。つまり、最も傾きが大きい場合のライン３７から最も傾きが小さいライン３８までの角度の差がこの撮像カメラ２６を使って長さＬの辺を計測した場合の角度計測精度（誤差）ということになる。なお、図８におけるｄは、撮像カメラ２６のカメラスケール（単位ｐｉｘｅｌ（画素）あたりの実空間長さ）である。
【００１４】
撮像カメラ２６の分解能はその設備が実装動作に必要なレベルを元に決定されているが、撮像カメラ２６の絶対傾きの計測精度は一般に実装動作に必要なレベルより高いことが多い。例えば、長辺の長さが２ｍｍの電子部品１を装着する際の傾き精度保証範囲が±０．５°である場合、撮像カメラ２６の分解能は
２［ｍｍ］×ｓｉｎ０．５°≒１７．５［μｍ／ｐｉｘｅｌ］
あればよい。ところが、撮像カメラ２６自身の絶対傾きを登録する際にも同じように計測誤差が発生するため、実際の装着傾きは±０．５°より悪くなる。
【００１５】
しかし、撮像カメラ２６の絶対傾き計測精度を基準に電子部品１を撮像する撮像カメラ２６の分解能を決定すると、撮像カメラ２６として非常に高分解能を要求される。上記の例において、４ｍｍ角の治具パターンを使ってカメラ傾きを登録すると考えれば、カメラ絶対傾きの精度を±０．０１°以下に抑えるには
４［ｍｍ］×ｓｉｎ０．０１°≒０．７［μｍ／ｐｉｘｅｌ］
の分解能が必要となる。つまり、この撮像カメラ２６は少なくとも
４［ｍｍ］／０．７［μｍ／ｐｉｘｅｌ］＝３２６５万画素
の解像度が必要になり、現実的ではない。つまり、従来のように単に傾きが既知の治具パターンを計測するだけでは、十分なカメラ傾き計測精度は得られないことになる。
【００１６】
同じ事は基板２を撮像する撮像カメラ（基板カメラと称す）についても言うことができる。基板カメラの場合、基板カメラの絶対傾きが誤差を持って登録されている場合、基板マークが視野中心から外れるほど計測精度が悪くなる。例えば、分解能が１５［μｍ／ｐｉｘｅｌ］，絶対傾きの誤差が０．５°の基板カメラで基板マークを視野中心からＸ方向に１００ｐｉｘｅｌ離れたところで認識した場合、この基板マークの近傍に装着する電子部品１はＹ軸方向に
１５［μｍ／ｐｉｘｅｌ］×１００［ｐｉｘｅｌ］×ｓｉｎ０．５°＝１３［μｍ］
の装着誤差を発生する。
【００１７】
このように、撮像カメラの絶対傾きの計測誤差は計測に使用する治具パターンの絶対角度に対して、そのカメラスケールに関係した周期的な傾向を持っている。撮像カメラや治具の取り付け方によっては常に同じ誤差を持つため、治具を固定したまま単に傾き計測を複数回行って平均を取っても、計測精度の向上は望めない。
【００１８】
上記のように、現状においては、撮像カメラの分解能と傾き登録で使用する治具のサイズから決まる角度の計測限界があり、撮像カメラの絶対傾きが比較的大きな誤差を持ったまま登録される場合がある。そのため、その誤差分だけ、電子部品１が傾いて装着されたり、全体に歪んで装着位置補正をするなど、精度面で悪影響を及ぼす恐れがあった。
【００１９】
本発明は上記課題を解決するもので、撮像カメラのカメラスケールに対応する計測誤差以上の高精度まで、撮像カメラの絶対傾きを計測することができる撮像カメラの絶対傾き計測装置および絶対傾き計測方法を提供することを目的とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、傾きが既知である治具パターンを微小回転させ、あるいは複数の治具パターンを選択しながら、撮像カメラの認識分解能より細かいレベルで傾きが異なる治具パターンを撮像カメラで認識し、治具パターンの傾き認識結果とそのときの絶対傾きとを直線近似することにより、撮像カメラの絶対傾きの計測精度を向上させるものである。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の撮像カメラの絶対傾き計測装置は、撮像対象物の姿勢を撮像するための撮像カメラと、前記撮像カメラの撮像範囲内で、絶対傾きが既知である治具パターンを有する治具を前記撮像カメラの認識分解能より細かいレベルで微小回転させる回転手段と、前記治具を微小回転させながら前記治具パターンの位置を前記撮像カメラで認識させ、既知情報である前記治具パターンの絶対傾きと前記撮像カメラによる前記治具パターンの傾きの認識結果との関係を直線近似することにより、前記撮像カメラの絶対傾きを算出する制御演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項２記載の撮像カメラの絶対傾き計測方法は、絶対傾きが既知である治具パターンを有する治具を撮像カメラの認識分解能より細かいレベルで微小回転させながら前記治具パターンの位置を前記撮像カメラで認識させる工程と、既知情報である前記治具パターンの絶対傾きと前記撮像カメラによる前記治具パターンの傾きの認識結果との関係を直線近似することにより、前記撮像カメラの絶対傾きを算出する工程とを含むことを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項３記載の撮像カメラの絶対傾き計測装置は、撮像対象物の姿勢を撮像する撮像カメラと、前記撮像カメラの撮像範囲内で、絶対傾きが既知であり、それぞれが前記撮像カメラの認識分解能より細かいレベルで異なる絶対傾きの複数の治具パターンを有する治具をカメラ光軸に垂直な平面内で所定方向に沿って移動させる移動手段と、前記治具を前記所定方向に沿って移動させながら、視野内の前記治具パターンの位置を前記撮像カメラで認識させ、既知情報である前記治具パターンの絶対傾きと前記撮像カメラによる前記治具パターンの傾きの認識結果との関係を直線近似することにより、前記撮像カメラの絶対傾きを算出する制御演算手段とを備えたことを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項４記載の撮像カメラの絶対傾き計測方法は、絶対傾きが既知であり、それぞれが撮像カメラの認識分解能より細かいレベルで異なる絶対傾きの複数の治具パターンが所定方向に並べられた治具を前記所定方向に移動させながら、前記治具パターンの位置を前記撮像カメラで認識させる工程と、既知情報である前記治具パターンの絶対傾きと前記撮像カメラによる前記治具パターンの傾きの認識結果との関係を直線近似することにより、前記撮像カメラの絶対傾きを算出する工程とを含むことを特徴とする。
【００２５】
これらの構成ならびに方法によれば、いずれも絶対角度が微小に異なるパターンを計測させることで、撮像カメラの絶対傾きの計測精度を向上させることができる。
【００２６】
請求項５記載の発明は、請求項１に記載の撮像カメラの絶対傾き計測装置において、撮像カメラのカメラスケールと治具パターンの寸法とに基づいて治具の回転範囲を決定する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２７】
請求項６記載の発明は、請求項３に記載の撮像カメラの絶対傾き計測装置において、撮像カメラのカメラスケールと治具パターンの寸法とに基づいて、複数の治具パターンのうちのどの治具パターンを選択するかを決定する制御手段を備えたことを特徴とする。
【００２８】
これらの請求項５、６に記載の構成によれば、必ず１周期分以上のデータをサンプリングすることを保証することができ、例えば撮像カメラを交換してカメラスケールが変わった場合も自動的に新しい撮像カメラのスケールに応じて治具回転範囲を決定することができる。
【００２９】
本発明の請求項７記載の電子部品実装機は、請求項１、３、５、６の何れかに記載の撮像カメラの絶対傾き計測装置を備えたことを特徴とする。
この構成によれば、撮像カメラの絶対傾きが高精度で得られるので、この撮像カメラを部品姿勢撮像用や基板姿勢撮像用として用いることで、部品姿勢の位置決めの信頼性や基板姿勢の位置決めの信頼性が向上する。
【００３０】
以下、本発明の実施の形態にかかる撮像カメラの絶対傾き計測装置および絶対傾き計測方法を図面に基づき説明する。
図１（ａ），（ｂ）はそれぞれ、計測対象としての撮像カメラと、この計測に用いる治具との関係を示す斜視図である。
【００３１】
絶対傾きを計測する計測対象としての撮像カメラは、図１（ａ）に示すように、電子部品を撮像する部品撮像用の撮像カメラ２６のように、この撮像カメラ２６の撮像対象が、回転手段３９により回転できる構成であるものに対して適用する場合と、図２（ｂ）に示すように、基板を撮像する基板撮像用の撮像カメラ５０のように、この撮像カメラ５０の撮像対象が、この撮像対象を載置した平面内において、移動手段５１により指定した座標に沿う所定の直線方向（例えば、Ｘ方向や、Ｙ方向）に移動できる構成であるものに対して適用する場合との２つの場合がある。
【００３２】
まず、図１（ａ）に示すように、撮像カメラ２６の撮像対象が、回転手段３９により回転できる構成であるものに対して適用する場合について説明する。
撮像カメラ２６の撮像対象箇所に、治具パターン３６が描かれている治具４０を載置する。そして、絶対傾き計測装置を備えた電子部品実装機に設けられた制御装置（図示せず）により、以下のような制御動作を行わせる。回転手段３９によって治具４０を、撮像カメラ２６の視野３５内において、認識分解能よりも小さい指定した微小レベルとなるように微小角度毎に回転させながら、治具パターン３６を撮像カメラ２６により認識させる。
【００３３】
図２は、このように治具４０を回転させながら、治具パターン３６を撮像カメラ２６により認識させ、この認識結果に基づいて撮像カメラ２６の絶対傾きを計測する制御動作の流れを示したフローチャートである。
【００３４】
まず、ステップＳ１１で、治具を取り付けているθ軸の位置決め目標位置である目標角度テーブルθ_Ｔｂｌ［０〜ｎ−１］を作成する。この目標角度テーブルの大きさをｎとする（ただし、ｎは２以上の整数である）。正方形の治具パターン３６を使って撮像カメラ２６の絶対傾きを計測するに際し、治具パターン３６の１辺の長さをＬ、撮像カメラ２６によるカメラスケール（単位ピクセルあたりの実空間長さ）をＦとすると、カメラ絶対傾き計測誤差の周期は
【００３５】
【数１】

となる。つまり、図８に示すように、撮像カメラ２６で治具パターン３６を撮像した場合に、治具パターン３６における任意の直線線分（図８に示すように、ほぼＸ軸に対して平行に近いもの）を、その線分の中央の点で回転させた場合に、角度Δθだけ回転させる毎に左端の点が、１つずつ画素がシフトする。この場合の中点から左端までの距離はＬ／２であり、角度Δθだけ回転した際の左端の座標の円周方向移動量はＦになるので、
【００３６】
【数２】

となる。また、線分の左端と同様に右端でも同じような現象が発生するので、左端もしくは右端のどちらかが、１画素分だけシフトする周期は、およそ
【００３７】
【数３】

となる。ここで、２Ｆ／Ｌが０°に十分近い領域では
【００３８】
【数４】

と近似でき、これにより、角度誤差の周期は、上記（数１）で示される値となる。
【００３９】
したがって、ｎ個のサンプルにより、ちょうどα周期分のサンプリングを行った場合には、目標角度テーブルのピッチは
【００４０】
【数５】

となる。
【００４１】
これにより、第ｉ番目の要素の角度である第ｉ要素角度θ_Ｔｂｌ［ｉ］は、０°を中心として角度を割り振った場合には、例えば次のように決めることができる。
【００４２】
【数６】

したがって、このようにして、目標角度テーブルθ_Ｔｂｌ［０〜ｎ−１］を作成する。
【００４３】
次に、ステップＳ１２で、インデックスｉに０をセット（初期化）するとともに、サンプル数をｎとする。
そして、ステップＳ１３で、回転手段３９により治具４０を絶対角度θ_Ｔｂｌ［ｉ］に回転させ、ステップＳ１４で、計測対象である撮像カメラ２６で治具パターン３６を認識させて、治具パターン３６の傾きを計測し、ステップＳ１５で、治具傾きを結果テーブルψ_Ｔｂ１［ｉ］に登録する。
【００４４】
この後、次のステップＳ１６で、ｉを１加算し、ステップＳ１７で、ｉをｎと比較し、ｉ＜ｎであればステップＳ１３へ、そうでなければステップＳ１８へ遷移する。すなわち、ｉが０からｎ−１である場合の各要素角度θ_Ｔｂｌに対応する結果テーブルψ_Ｔｂ１を登録する。
【００４５】
そして、ステップＳ１８で、目標角度テーブルθ_Ｔｂｌ［０〜ｎ−１］と結果テーブルψ_Ｔｂ１［０〜ｎ−１］とから、治具絶対角度θと治具認識結果ψとの関係式を直線近似によって求める。近似式は、
ψ＝ａθ＋ｂ
と表される。そして、治具認識結果ψが０である場合には、治具絶対角度θが撮像カメラ２６の絶対傾きθ_ＣＡＭとなるので、
０＝ａθ_ＣＡＭ＋ｂ
である。したがって、
θ_ＣＡＭ＝−（ｂ／ａ）
である。ステップＳ１９において、この近似式より撮像カメラ２６の絶対傾きである、−（ｂ／ａ）を求め、ステップＳ２０で、算出して求まったカメラ傾き（撮像カメラ２６の絶対傾きθ_ＣＡＭ）を返値として返す。
【００４６】
これにより、撮像カメラ２６の撮像対象が、回転手段３９により回転できる構成である場合に、この撮像カメラ２６のカメラ絶対傾きを、計測誤差の影響を最小限に抑えて、撮像カメラ２６の認識分解能よりも高い精度で計測することができる。
【００４７】
なお、撮像カメラ２６によるカメラスケール（単位ピクセルあたりの実空間長さ）は予めわかっているので、治具４０の回転範囲を、カメラスケールと治具パターン３６の寸法から自動的に決定するようにしてもよい。なお、この場合に、治具４０の回転範囲は、カメラ絶対傾き計測誤差の１周期以上のデータをサンプリングするように構成する。
【００４８】
これによれば、例えば撮像カメラを交換してスケールが変わった場合でも自動的に新しい撮像カメラのスケールに応じて治具回転範囲を決定することができ、治具４０の回転範囲を人が手動で設定しなくてもよいため手間が省けるとともに、人により誤った設定をすることが防止されて、信頼性が向上する。
【００４９】
次に、図１（ｂ）に示すように、撮像カメラ５０の撮像対象が、この撮像対象を載置した平面内において、移動手段５１により指定の直線方向に移動できる構成であるものに対して適用する場合について説明する。
【００５０】
この場合に使用する治具５２には、図３に示すように、少しずつ傾きが異なるあらゆる角度の複数の治具パターン５３が所定方向に沿って並べられて配置されている。なお、治具パターン５３間の間隔は必ずしも等間隔である必要はないが、その間隔は既知であり制御部に入力されて、その距離だけ移動手段５１により移動可能な状態となっている必要がある。
【００５１】
そして、移動手段５１により治具５２上に設けられた複数の治具パターン５３のうちの、指定の角度の治具パターン５３を撮像カメラ５０の視野内に移動させながら撮像する。
【００５２】
図４は、このように治具５２を移動させながら、治具パターン５３を撮像カメラ５０により認識させ、この認識結果に基づいて撮像カメラ５０の絶対傾きを計測する制御動作の流れを示したフローチャートである。
【００５３】
まず、ステップＳ２１で、治具５２を移動させる際の位置決め目標位置である目標座標テーブルＸ_Ｔｂｌ［０〜ｎ−１］，Ｙ_Ｔｂｌ［０〜ｎ−１］を作成する（ただし、ｎは２以上の整数である）。ここで、治具５２を目標座標テーブルＸ_Ｔｂｌ［ｉ］，Ｙ_Ｔｂｌ［ｉ］へ移動させた場合、複数ある治具パターン５３のうちの第ｉ番目の治具パターン５３が撮像カメラ５０に映るように目標座標テーブルを作成する。なお、第ｉ番目の治具パターン５３の絶対角度はθ_Ｔｂｌ［ｉ］であるとする。
【００５４】
次に、ステップＳ２２で、インデックスｉに０をセット（初期化）するとともに、サンプル数をｎとする。
そして、ステップＳ２３で、移動手段５１により治具５２を目標座標テーブルＸ_Ｔｂｌ［ｉ］，Ｙ_Ｔｂｌ［ｉ］へ移動することにより、第ｉ番目の治具パターン５３を撮像カメラ５０の視野に入れる。そして、ステップＳ２４からステップＳ３０において、図２におけるステップＳ１４からステップＳ２０の場合と同様にして、目標座標テーブルＸ_Ｔｂｌ［０〜ｎ−１］，Ｙ_Ｔｂｌ［０〜ｎ−１］と結果テーブルψ_Ｔｂ１［０〜ｎ−１］とから、治具絶対角度θと治具認識結果ψとの関係式を直線近似によって求め、この近似式よりカメラ傾きを求めて、カメラ傾きを返値として返す。
【００５５】
この場合に、治具絶対角度θと治具認識結果ψとは、例えば最小二乗法により直線近似することができる。図５により、計測結果と近似直線との関係を示す。図５における、（ア）は第ｉ番目の計測サンプルの値、（イ）はこの第ｉ番目の計測サンプルの近似角度誤差、（ウ）は治具パターン５３の絶対傾きと認識結果から求めた近似直線、（エ）は治具認識結果が０°となる治具パターン５３の絶対傾きである。
【００５６】
第ｉ番目の計測サンプルにおける近似角度誤差Δψ［ｉ］（＝ｐ）は
【００５７】
【数７】

となるので、この角度誤差の最小二乗和が最小となるようにａ、ｂを決めればよい。ところが、治具絶対角度θと治具認識結果ψとの変化量は、全体的には一致するはずであり、ａ＝１であることは明らかであるので、求めるのはｂだけでよいことになる。
【００５８】
誤差の二乗和をＳとすると
【００５９】
【数８】

となる。ところが、ａ＝１であることは明らかなので、Ｓはｂの関数であるとみなすことができる。ｂ^２の係数ｎは正なので、Ｓ（ｂ）の傾きが０になる場合がＳ（ｂ）の最小値である。つまり、Ｓ（ｂ）を最小にするｂは
【００６０】
【数９】

を満たすので、これを解けばよい。左辺は
【００６１】
【数１０】

となるので
【００６２】
【数１１】

となる。
【００６３】
これにより、認識結果ψ＝０［ｄｅｇ］となるような治具絶対角度θ［ｄｅｇ］（＝（ウ））はすなわちカメラ傾きそのものである。従って、このカメラの傾きは
【００６４】
【数１２】

となる。
【００６５】
これにより、カメラ絶対傾きを、計測誤差の影響を最小限に抑えることができて、高い精度で計測することができる。
これにより、撮像カメラ５０の撮像対象が、この撮像対象を載置した平面内において、移動手段５１により指定の直線方向に移動できる構成である場合にも、この撮像カメラ５０のカメラ絶対傾きを、計測誤差の影響を最小限に抑えて、撮像カメラ５０の認識分解能よりも高い精度で計測することができる。
【００６６】
なお、撮像カメラ５０によるカメラスケール（単位ピクセルあたりの実空間長さ）および治具パターン５３の寸法は予めわかっているので、これらの寸法に基づいて、複数の治具パターン５３のうちどの治具パターン５３を選択するかを自動的に決定するようにしてもよい。なお、この場合に、治具パターン５３の選択範囲は、カメラ絶対傾き計測誤差の１周期以上のデータをサンプリングできるように構成する。
【００６７】
これによれば、例えば撮像カメラを交換してスケールが変わった場合でも自動的に新しい撮像カメラのスケールに応じて治具回転範囲を決定することができ、治具パターン５３の選択を人が行わなくても済むので手間が省けるとともに、人により誤った選択をすることが防止されて、信頼性が向上する。
【００６８】
なお、治具パターン３６，５３は十分な角度計測精度を保証するためにもできるだけ高精度である必要がある。角度精度は治具パターン３６，５３の形状、寸法のほか、治具パターン３６，５３そのものの加工（もしくは印刷）精度にも依存する。高精度な治具の加工法としては、ガラス製のベース上にスパッタリングで治具パターン３６，５３を印刷する方法が挙げられる。スパッタリングの精度を誤差約±０．００１ｍｍとすると、４．０ｍｍ角の正方形パターンを印刷する場合、印刷の角度精度は
【００６９】
【数１３】

となる。撮像カメラ２６、５０の絶対角度を±０．０１［ｄｅｇ］の精度で出すには治具パターン３６，５３の傾きは±０．００１［ｄｅｇ］程度は必要になると思われる。そこで精度の不足分は、治具パターン３６，５３を予め高精度測定器などで計測する（以下、治具パターン予備計測とよぶ）ことによって補うようにする。治具パターンの傾き８−３は各パターンの絶対角度が既知であればよく、必ずしも±０．００１［ｄｅｇ］の精度で等間隔である必要はない。
【００７０】
治具パターン予備計測を使用して治具パターン３６，５３の絶対角度を保証する場合は、カメラ絶対傾きの計測者が操作画面から治具パターン予備計測結果を入力するなどの操作が必要になる。治具パターン予備計測は、治具作成時に１度計測すればよく、カメラ絶対傾きの度に計測する必要はない。治具４０、５２の一部に治具パターン予備計測の結果を印字しておけば、カメラ絶対傾きの計測者は印字された値を操作画面から入力すればよい。また、治具パターン予備計測結果をバーコード状にして治具面上に印刷し、カメラから自動入力するようにすればなお便利である。
【００７１】
なお、治具パターン３６，５３の角度計測誤差は先述のように
【００７２】
【数１４】

の周期性を持つため、治具４０を回転させる場合の角度範囲や治具５２を移動させた際の治具パターン５３の角度範囲は、それぞれ角度周期の整数倍であることが望ましい。
【００７３】
また、図１（ａ）および図２に基づく上記実施の形態の撮像カメラの絶対傾き計測装置および絶対傾き計測方法を電子部品実装機における部品姿勢撮像用の撮像カメラに適用したり、図１（ｂ）、図３および図４に基づく上記実施の形態の撮像カメラの絶対傾き計測装置および絶対傾き計測方法を電子部品実装機における基板姿勢撮像用の撮像カメラに適用したりすることで、電子部品の姿勢の認識を高精度で行うことができるとともに、基板の電子部品の姿勢の認識を高精度で行うことができ、この結果、回転体の回転方向や基板の移動方向など、部品姿勢の位置決めの信頼性や基板姿勢の位置決めの信頼性が向上する。
【００７４】
また、電子部品実装機に用いる場合でも、ロータリー型の電子部品実装機に限るものではなく、全ての電子部品実装機に適用可能である。また、図１（ｂ）、図３および図４に基づく上記実施の形態の撮像カメラの絶対傾き計測装置および絶対傾き計測方法を用いて、マーク認識によって補正を行う接着剤塗布機、挿入機、検査機などにも適用可能である。
【００７５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、傾きが既知である治具パターンを微小回転させ、あるいは複数の治具パターンを選択しながら、撮像カメラの認識分解能より細かいレベルで傾きが異なる治具パターンを撮像カメラで認識し、治具パターンの傾き認識結果とそのときの絶対傾きとを直線近似して、撮像カメラの絶対傾きを計測することで、撮像カメラの認識の分解能で決定する角度計測精度よりも高いオーダーでのカメラ傾き計測が可能になり、電子部品の姿勢の認識を高い精度で行うことができる。
【００７６】
また、撮像カメラのカメラスケールと治具パターンの寸法とに基づいて治具の回転範囲を決定したり、複数の治具パターンのうちのどの治具パターンを選択するかを決定したりすることで、治具パターンの回転角度や選択動作の決定を人が行わなくても済むので手間が省けるとともに、人により誤った選択をすることが防止されて、信頼性が向上する。
【００７７】
また、電子部品実装機に、上記撮像カメラの絶対傾き計測装置を備えることで、部品姿勢の位置決めの信頼性や基板姿勢の位置決めの信頼性が向上し、ひいてはＸ方向、Ｙ方向、回転角度θなどに関する部品実装精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ）はそれぞれ、本発明の実施の形態に係る撮像カメラの絶対傾き計測装置における計測対象としての撮像カメラと、この計測に用いる治具との関係を示す斜視図。
【図２】本発明の実施の形態に係る撮像カメラの絶対傾き計測方法を示すフローチャート。
【図３】本発明の他の実施の形態に係る撮像カメラの絶対傾き計測装置における治具の平面図。
【図４】本発明の他の実施の形態に係る撮像カメラの絶対傾き計測方法を示すフローチャート。
【図５】同撮像カメラの絶対傾き計測方法における治具傾き計測結果と近似直線の関係を概念的に示す図。
【図６】電子部品実装機の構成を概略的に示す斜視図。
【図７】従来のカメラ傾き計測処理を示すフローチャート。
【図８】カメラ分解能と傾き計測誤差の関係を概念的に示す図。
【符号の説明】
１ 電子部品
２ 基板
１２ 可動テーブル
１３ テーブル駆動機構
２０ 電子部品実装手段
２１ ノズル
２２ 回転体
２４ 回転体駆動機構
２６、５０ 撮像カメラ
２８ 制御装置
３９ 回転手段
３６、５３ 治具パターン
４３、５２ 治具
５１ 移動手段

Claims (7)

1. 撮像対象物の姿勢を撮像するための撮像カメラと、
   前記撮像カメラの撮像範囲内で、絶対傾きが既知である治具パターンを有する治具を前記撮像カメラの認識分解能より細かいレベルで微小回転させる回転手段と、
   前記治具を微小回転させながら前記治具パターンの位置を前記撮像カメラで認識させ、既知情報である前記治具パターンの絶対傾きと前記撮像カメラによる前記治具パターンの傾きの認識結果との関係を直線近似することにより、前記撮像カメラの絶対傾きを算出する制御演算手段と
   を備えた撮像カメラの絶対傾き計測装置。
2. 絶対傾きが既知である治具パターンを有する治具を撮像カメラの認識分解能より細かいレベルで微小回転させながら前記治具パターンの位置を前記撮像カメラで認識させる工程と、
   既知情報である前記治具パターンの絶対傾きと前記撮像カメラによる前記治具パターンの傾きの認識結果との関係を直線近似することにより、前記撮像カメラの絶対傾きを算出する工程と
   を含む撮像カメラの絶対傾き計測方法。
3. 撮像対象物の姿勢を撮像する撮像カメラと、
   前記撮像カメラの撮像範囲内で、絶対傾きが既知であり、それぞれが前記撮像カメラの認識分解能より細かいレベルで異なる絶対傾きの複数の治具パターンを有する治具をカメラ光軸に垂直な平面内で所定方向に沿って移動させる移動手段と、
   前記治具を前記所定方向に沿って移動させながら、視野内の前記治具パターンの位置を前記撮像カメラで認識させ、既知情報である前記治具パターンの絶対傾きと前記撮像カメラによる前記治具パターンの傾きの認識結果との関係を直線近似することにより、前記撮像カメラの絶対傾きを算出する制御演算手段と
   を備えた撮像カメラの絶対傾き計測装置。
4. 絶対傾きが既知であり、それぞれが撮像カメラの認識分解能より細かいレベルで異なる絶対傾きの複数の治具パターンが所定方向に並べられた治具を前記所定方向に移動させながら、前記治具パターンの位置を前記撮像カメラで認識させる工程と、
   既知情報である前記治具パターンの絶対傾きと前記撮像カメラによる前記治具パターンの傾きの認識結果との関係を直線近似することにより、前記撮像カメラの絶対傾きを算出する工程と
   を含む撮像カメラの絶対傾き計測方法。
5. 撮像カメラのカメラスケールと治具パターンの寸法とに基づいて治具の回転範囲を決定する制御手段を備えた
   請求項１に記載の撮像カメラの絶対傾き計測装置。
6. 撮像カメラのカメラスケールと治具パターンの寸法とに基づいて、複数の治具パターンのうちのどの治具パターンを選択するかを決定する制御手段を備えた請求項３に記載の撮像カメラの絶対傾き計測装置。
7. 請求項１、３、５、６の何れかに記載の撮像カメラの絶対傾き計測装置を備えた電子部品実装機。

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