JP4614487B2

JP4614487B2 - 部品位置検出方法、部品位置検出装置、部品データ格納方法及びその装置

Info

Publication number: JP4614487B2
Application number: JP2000015193A
Authority: JP
Inventors: 豊小倉; 山田　　和範; 好晃安部; 仁彦横瀬
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2000-01-25
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2020-01-25
Also published as: JP2001209792A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実装機において実装する部品の部品位置検出方法、部品位置検出装置、並びに部品位置検出用の部品データ格納方法及びその装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、実装機において部品の位置決めを行う際、電子部品をＣＣＤカメラなどの撮像装置などで画像データを取得し画像処理を行い精度良く電子部品を実装していた。例えば図１（Ａ）に示すようなコネクタ１、図１（Ｃ）に示すようなＱＦＰ２（ＱｕａｄＦｌａｔＰａｃｋａｇｅ）などは、部品外形サイズ、リード１ａの本数、リード長さ、リードピッチ、リード幅情報などを、また、図１（Ｂ）に示すＢＧＡ３（ＢａｌｌＧｒｉｄＡｒｒａｙ）はボール３ａの直径、ボールピッチ、ボール配列、ボール配置情報、ボール数などを部品データを生成する際に設定し、この情報を元に画像認識装置は部品の位置決めを行っていた。そして、従来、電子部品は上記に示されるように定型的な形状をしており、画像処理装置における部品認識方法はコネクタ１、ＱＦＰ２、ＢＧＡ３などの分類に応じて認識処理を実行していた。
【０００３】
例えば、図１（Ａ）に示すようなコネクタ１はまず、実装機の吸着ノズルによりその中央部が吸着され、撮像装置部に移動し、部品のイメージが撮像され、その画像データが画像処理部に送られ、画像処理されている。そして、認識すべきリード１ａの位置は、図１（Ｄ）に示すように外周から順次画像データを走査し、全ての辺においてリード１ａが存在するであろうと思われる位置を検出する。このような操作により部品の外接接線１ｂを求め、これを縦横共に２等分し、各辺毎にリード検出領域としておおまかな設定を行っている。そして、リード１ａの本数分の中心位置をエッジ検出をするなどし、各々のリードの中心位置を検出し、各辺の中心を算出することにより部品の中心位置を検出していた。また、図１（Ｂ）に示されるようなＢＧＡ３は、特開平９−２９６５０６で示されるように電極の配列情報を基に個々の電極が存在するであろう領域を計算し各電極を認識していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の部品認識における部品認識方法では例えばリード部品においては各辺のリードは、リード本数が登録されており、リードピッチ、リード長さ、リード幅が同一で、リード以外には何もないという前提にて部品を認識していた。つまり、規則的に配置される電極グループが１グループで、配置されている方向も上下左右などのように限定された条件にて認識していた。
【０００５】
また、半田ボールが電極として配置されるエリアアレイ部品はボールの直径、縦横方向に配置されるピッチ、配置される配列、配置情報、ボールの総数を登録し認識していた。したがって、図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）に示すようなコネクタ４、５、６あるいは図２（Ｄ）に示すエリアアレイ部品７などのように複数の電極グループが存在し、その電極グループの位置関係が明確に定義されない部品は認識困難になるという問題点があった。また、電極がグループとしてではなく個々に大きさ、形状が異なると同様に認識困難になるという問題点があった。また、図２（Ｂ）に示すようにリードの先端形状が矩形ではなく、Ｖ字カット５ａ、テーパ形状５ｂ、また、先端部コーナー５ｃにＲが存在する場合、あるいは通常の電極のリード５ｄの先端を検出する際、矩形のリード５ｄを前提として認識を行うと先端部の画像データが異なると明らかに検出精度が異なるという問題点もあった。
【０００６】
以上のように部品の電極形状が異なる組み合わせの部品や電極グループが複数となる組み合わせの部品認識が非常に困難であるという問題点があった。
【０００７】
したがって、本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、種々の部品を高い信頼性をもって認識することが可能な部品位置検出方法及び装置、並びに部品データ格納方法とその装置を提供することをその課題とする。
【０００８】
以上の課題を解決するために、本発明では、実装機において搭載される部品の所定部位ないし特徴のある部位をエレメントとし、異なるエレメントごとにエレメントの集合であるエレメントグループを作成し、作成されたエレメントグループをリンク構造で結合し部品データとして格納し、各エレメントグループの位置情報に基づき部品位置を検出する構成であって、前記エレメントが、部品の電極形状、電極間の間隔、角部を有する部品の角部であるコーナー、角部を有する部品の外縁である辺および部品の位置決め用の基準マークのうちの少なくとも１つである構成を採用している。
【０００９】
また、本発明では、実装機において搭載される部品の所定部位ないし特徴のある部位をエレメントとし、異なるエレメントごとに作成されたエレメントの集合であるエレメントグループをリンク構造で結合して記述される部品データを格納したデータ格納手段と、各エレメントグループの位置情報に基づき部品位置を検出する手段とを有する構成であって、前記エレメントが、部品の電極形状、電極間の間隔、角部を有する部品の角部であるコーナー、角部を有する部品の外縁である辺および部品の位置決め用の基準マークのうちの少なくとも１つである構成も採用している。
【００１０】
また、本発明の部品データ格納方法及び装置では、実装機において搭載される部品の所定部位ないし特徴のある部位をエレメントとし、異なるエレメントごとにエレメントの集合であるエレメントグループを作成し、作成されたエレメントグループをリンク構造で結合し部品データとして格納する構成であって、前記エレメントが、部品の電極形状、電極間の間隔、角部を有する部品の角部であるコーナー、角部を有する部品の外縁である辺および部品の位置決め用の基準マークのうちの少なくとも１つである構成も採用している。
【００１１】
以上のような構成を有する本発明では、形状が異なる電極が複数種々に存在する部品でも高精度で部品位置決めが可能になる。また、電極形状が種々に異なる部品あるいは電極グループが複数存在する部品でも、効率的にしかも簡単に部品データを記述することが可能になるとともに、エレメント、エレメントグループを他の部品と共有することができるので、部品データを格納するメモリの容量を顕著に減少させることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１３】
本発明は、実装機において認識対象となる部品の電極形状、電極グループ情報、部品の外形形状情報、部品に設定される基準位置マークの情報、幾何学的形状を記述することが困難な部位の情報を任意の組み合わせにて定義し、任意の認識手法にて部品の中心位置、傾きを計算し、かつ、設定した部品情報に対し異常がある部品はエラーを発生させるものであり、実装機が本発明による部品データ管理情報、認識方法を有することにより任意の特徴ある部位の組み合わせで構成される異型部品を高い信頼性にて搭載することができる。
【００１４】
図３には、本発明の一実施形態に係わる部品位置検出装置が図示されている。同図において符号１１で示すものは電子部品で、この電子部品１１は部品供給部（不図示）から供給され、吸着ノズル１２により吸着される。部品の吸着姿勢を認識するために、電子部品１１は４面にそれぞれ多数の照明ランプ１３ａ、１３ｂ、１３ｃを備えた照明装置１３により照明され、撮影レンズ１４を備えた撮像カメラ（ＣＣＤカメラなど）１５で撮像され、画像入力が行なわれる。
【００１５】
撮像カメラ１５で撮像された電子部品の画像は、画像処理装置１７のＣＰＵ１８の制御の元にＡ／Ｄコンバータ１９を介してデジタル信号に変換され、画像メモリ２０に格納される。また画像処理装置１７には、上述するように部品外形サイズ、エレメント、エレメントグループなど部品データを格納したメモリ２３が設けられる。ＣＰＵ１８は、メモリ２３に格納された部品データに基づき画像メモリ２０に取り込まれた部品の画像を認識し、部品中心と吸着中心のずれや部品の吸着傾きなどを演算する。また、画像処理装置１７には、テンプレートメモリ２１が設けられ、このテンプレートメモリには、部品外形サイズ、リードの本数、リード長さ、リードピッチ、リード幅情報などの部品データに基づいて形成されたテンプレートが格納され、テンプレートマッチングにより部品の概略位置を検出できるようになっている。さらに、画像処理装置１７には、モニタ２２が接続されており、入力画像あるいは処理画像を表示できるようになっている。
【００１６】
本発明では、部品を以下のように表現する。属性を設定した電極、位置決め可能なマークあるいはその他特徴のある部位を最小構成単位要素（以下エレメントと記述）として扱い、このエレメントとその配置情報などを属性としたエレメントの集合（以下エレメントグループと記述）を設定し、また、このエレメントグループをリンク構造で結合し、さらに部品のサイズなどの属性情報から一個の部品データを記述し設定する。
【００１７】
例えば、図４（Ａ）に示されるようなコネクタ３０は、リード３０ａをエレメントとし長さｈ、幅ｖ、形状（矩形）などの属性を記述しエレメント（１）として定義する。また、エレメント（１）から構成されるピッチＰ１、リード本数４などの属性を記述したエレメント（１）の集合である電極グループをエレメントグループ（１）、ピッチＰ２、リード本数４などの属性を記述したエレメント（１）の集合である電極グループをエレメントグル一プ（２）として定義する。そして、エレメントグループ内に記述されるロケーション情報（部品の中心を原点とした座標軸上における各エレメントグループの始点エレメント先端位置座標）や部品の属性情報により部品データを構成する。
【００１８】
また、図４（Ｂ）に示されるような半田ボールを電極とするエリアアレイ部品３１では半田ボール３１ａをエレメントとし直径ｄ、形状：球などの属性を記述しエレメント（１）として定義する。また、エレメント（１）から構成される水平方向のボール間ピッチＨｐ１、垂直方向ピッチＶｐ１、ボール配列５×４、配置情報、ボール数１４などの属性を記述したエレメント（１）の集合である電極グループをエレメントグループ（１）、水平方向のボール間ピッチＨｐ２、垂直方向ピッチＶｐ２、ボール配列２×２、配置情報、ボール数４などの属性を記述したエレメント（１）の集合である電極グループをエレメントグループ（２）として定義する。そして、リード部品同様にエレメントグループ内に記述されるロケーション情報（部品の中心を原点とした座標軸上における各エレメントグループの始点エレメント先端位置座標）や部品の属性情報により部品データを構成する。
【００１９】
図４（Ａ）、（Ｂ）で示される各エレメントはそれぞれ電極を示したが、これ以外でも部品の特徴ある形状、例えばコーナー、辺などをエレメントとしても表すことは可能であり、また、基準マーク、例えば丸印、四角印、三角印などをエレメントとして表すことも可能である。また、形状を記述することが困難な部分のイメージデータをエレメントとして扱うことも可能である。例えば、図４（Ｃ）に示すような部品３２においては電極３２ａ、コーナー３２ｂ、基準マーク（正方形）３２ｃ、形状を記述することが困難な部分の画像データ３２ｄを上記に示すようにエレメントとして定義し、各々のエレメントの集合をエレメントグループとして定義し、エレメントグループ内に記述されるロケーション情報（部品の中心を原点とした座標軸上における各エレメントグループの始点エレメント先端位置座標）などの部品の属性情報により部品データを構成する。
【００２０】
また、図２（Ｂ）に示すような部品５では、Ｖ字カット５ａ、テーパ形状５ｂ、また、先端部コーナー５ｃにＲが存在する電極並びに通常の電極５ｄがそれぞれエレメントとなり、それぞれ４つのエレメントグループが形成される。
【００２１】
以上のように部品を表す情報を最小構成単位要素のエレメントとエレメントから構成される構成要素の集合であるエレメントグループを個々に定義し、図５に示すようなリンク構造にて各部品情報を生成することにより様々な組み合わせにて部品データを記述することができる。そして、様々な形状の部品をこのように表現することができるため形状毎の認識アルゴリズムを準備することにより容易にかつ高信頼性で部品の位置決めをすることが可能となる。
【００２２】
図５には、上記のようにエレメント並びにエレメントグループを用いて記述される部品データの構造が図示されている。部品データ４０は部品ＩＤ部４０ａ、外形サイズなどの情報部４０ｂ、形状情報リンク部４０ｃからなっており、形状情報リンク部４０ｃは「リード」、「ボール」、「外形」、「マーク」、「画像」など部品の所定部位ないし特徴部位の項目からなっている。各部位は、その部位を構成する最小構成単位要素のエレメントを有しており、そのエレメントのデータ４１は、エレメントの識別番号であるＩＤ、その形状およびサイズから構成されている。また、エレメントから構成される構成要素の集合であるエレメントグループが個々に定義され、そのデータ４２は、エレメントグループを識別するＩＤ、そのグループを構成するエレメントＩＤ、そのエレメントの数、ならびに位置情報などから構成されている。部品の所定部位ないし特徴部位は、部品を構成するエレメントグループ数と、そのグループのリンク構成４０ｄ〜４０ｅなど属性情報が記述されており、各リンクにはエレメントグループＩＤが付されているので、そのグループＩＤのあるエレメントグループデータ４２を引用することで、部品のすべての特定部位ないし特徴部位を関連するエレメントグループのリンク結合で記述することが可能になる。また、画像データ（図４（Ｃ）の３２ｄなど）も同様に画像データＩＤ４３を設けることにより、エレメントグループのリンク形式で記述することが可能になる。
【００２３】
部品認識は、エレメントグループが定義されている順に各エレメントグループのエレメントを検出し、これらの平均より各エレメントグループの中心、傾きを計算する。このように部品に定義される全てのエレメントグループの中心位置、傾きから部品の中心、傾きを計算する。各エレメントグループの中心位置と部品の中心位置の関係はエレメントグループの属性情報の位置情報を参照し各エレメントグループの中心位置から部品中心位置を計算する。傾きはエレメントグループ内のエレメントが複数存在する場合はその位置情報から回帰直線などを用いて計算する。
【００２４】
このような部品認識が実装機（マウンター）にて実行される流れが図７に図示されている。まず、ステップＳ１において、図３に示される画像処理装置１７はマウンタメインコントローラー（不図示）より図５に示すような部品に関するデータ４０を受け取り、これを部品データ格納メモリ２３に格納する。マウンターの吸着ノズル１２が部品供給部（不図示）より電子部品１１を吸着し、撮像カメラ１５の配置された部品検出部に移動すると、マウンターのメインコントローラーは照明装置１３を点灯させ、画像処理装置１７へ認識実行指令を送出する。
【００２５】
画像処理装置１７は認識実行指令を受け取ると（ステップＳ２）、電子部品１１の画像データをＡ／Ｄコンバーター１９を経由し、画像メモリ２０に格納する。これら一連のコントロールはＣＰＵ１８が行う。画像データの格納が終了すると、ＣＰＵ１８は部品データ格納メモリ２３から図５に示されるような部品データ４０を参照し、認識処理を実行する。例として図６（Ａ）に示されるような３個のリード構成要素Ａ、Ｂ、Ｃのエレメントを持つ部品５０は、エレメントグループ５０ａ〜５０ｃを有しており、各々のエレメントグループの属性情報中に部品中心からのエレメント位置情報（Ｘａ、Ｙｂ）（Ｘｂ、Ｙｂ）（Ｘｃ、Ｙｃ）が格納されているので、エレメントグループが記述されている順に、本出願人の特願平１１−０３３５９５に示される方式にてエレメントグループ内の各エレメントを認識する（ステップＳ３）。全エレメントが正常認識されない場合は（ステップＳ４の否定）、部品に欠陥があるのでエラー通知して（ステップＳ５）、処理を終了する。
【００２６】
一方、全エレメントが正常に認識された場合は（ステップＳ４の肯定）、そのエレメントグループの電極パターン（エレメント）の電極座標を計算することによりエレメントグループの中心位置が計算され、また各電極座標から回帰直線を求めることによりエレメントグループの傾きが計算される（ステップＳ６）。一つのエレメントグループに対して上記処理が終了した場合は、ステップＳ７ですべてのエレメントグループに対してその中心と傾きが計算されるまで上記処理が繰り返される。
【００２７】
このようにして、図６（Ｂ）に示したように、エレメントグループ５０ａ〜５０ｃの中心位置（Ｘｃａ、Ｙｃｂ）（Ｘｃｂ、Ｙｃｂ）（Ｘｃｃ、Ｙｃｃ）が算出され、また各エレメントグループの傾きθａ、θｂ、θｃが求められると、各エレメントグループの中心位置座標からのベクトルの平均により部品中心が求められ、またその傾きが各エレメントグループの傾きの平均から求められ（ステップＳ８、Ｓ９）、その認識結果がコントローラーに通知される（ステップＳ１０）。
【００２８】
なお、例えば電極の形状がテーパ形状である場合（図２（Ｂ）の電極５ｂなど）はこの部分の詳細情報をエレメントの属性情報から参照し、上記特願平１１−０３３５９５に示されるリード先端の不安定区間長（α）と安定区間長（β）に設定し認識することにより精密なリード検出が可能となる。
【００２９】
同様に図２（Ｄ）に示されるような半田ボールを電極とするエリアアレイ部品７も特願平１１−０３３５９５に示される方式などを用い部品の中心、傾きを求める。また、図４（Ｃ）に示されるような部品において電極以外の部分をエレメントグループとする部品の特徴を記述することが困難な部分をエレメントとして登録する例として、データ登録時に予め対象となる部位の画像データを登録しておき、認識実行時はこれを部品データ格納メモリ２３から図３のテンプレートメモリ２１に読み出し、テンプレートマッチングをＣＰＵ１８が実行することによりエレメントグループの位置を検出することができる。
【００３０】
また、基準マーク検出は、特開平５−１４３７３９に示されるようにマークのモデルを生成し各種相関演算を用いパターンマッチングなどを行うことによりエレメントグループの位置を検出することができる。また、コーナーなどの特徴はソーベルフィルターなどを用いエッジ部を抽出し直行する交点を検出することにより位置を検出することが可能となり、図６（Ｂ）の部品中心、傾き検出同様に各エレメントグループの位置から部品の中心、複数のエレメントグループの位置から傾きを計算する。
【００３１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、部品の所定部位ないし特徴のある部位をエレメントとし、異なるエレメントごとにエレメントの集合であるエレメントグループを作成し、各エレメントグループの位置情報に基づき部品位置を検出するようにしているので、形状が異なる電極が複数種々に存在する部品でも高精度で部品位置決めが可能になる。
【００３２】
また、本発明では、部品の電極や位置決め可能なマーク、特徴のある部位をエレメントとして登録し、またエレメントの集合をエレメントグループとして登録し、個々の部品はこれらの情報をリンク構造にて結合して部品データとしているので、電極形状が種々に異なる部品あるいは電極グループが複数存在する部品でも、効率的にしかも簡単に部品データを記述することが可能になるとともに、エレメント、エレメントグループを他の部品と共有することができるので、部品データを格納するメモリの容量を減少させることができる。
【００３３】
また、本発明では、部品の電極の形状が異なる場合、例えば、リード電極の場合、矩形、テーパ形状、先端Ｕ字カット、先端Ｖ字カットなどが異なる場合、異なる形状ごとにエレメントとすることにより、精密な電極認識が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】種々の電子部品の形状並びにその位置を検出する方法を示す説明図である。
【図２】種々の電子部品の形状を示す説明図である。
【図３】本発明による部品位置検出装置の構成を示す構成図である。
【図４】部品をエレメント並びにその集合であるエレメントグループとして記述する方法を説明した説明図である。
【図５】エレメント並びにその集合であるエレメントグループとして記述された部品データの構造を示す説明図である。
【図６】エレメントグループに基づいて部品位置を検出する方法を説明した説明図である。
【図７】部品位置検出の流れを示すフローチャート図である。
【符号の説明】
１１電子部品
１２吸着ノズル
１５撮像カメラ
１７画像処理装置
２３部品データ格納メモリ

Claims

実装機において搭載される部品の所定部位ないし特徴のある部位をエレメントとし、
異なるエレメントごとにエレメントの集合であるエレメントグループを作成し、
作成されたエレメントグループをリンク構造で結合し部品データとして格納し、
各エレメントグループの位置情報に基づき部品位置を検出する部品位置検出方法であって、
前記エレメントが、部品の電極形状、電極間の間隔、角部を有する部品の角部であるコーナー、角部を有する部品の外縁である辺および部品の位置決め用の基準マークのうちの少なくとも１つである
ことを特徴とする部品位置検出方法。
前記エレメントグループ内の各エレメントを検出してエレメントグループの中心並びに傾きを算出し、算出されたエレメントグループの中心並びに傾きから部品の中心と傾きを算出して、部品位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の部品位置検出方法。
実装機において搭載される部品の所定部位ないし特徴のある部位をエレメントとし、異なるエレメントごとに作成されたエレメントの集合であるエレメントグループをリンク構造で結合して記述される部品データを格納したデータ格納手段と、
各エレメントグループの位置情報に基づき部品位置を検出する手段と、
を有し、
前記エレメントが、部品の電極形状、電極間の間隔、角部を有する部品の角部であるコーナー、角部を有する部品の外縁である辺および部品の位置決め用の基準マークのうちの少なくとも１つである
ことを特徴とする部品位置検出装置。
前記エレメントグループ内の各エレメントを検出してエレメントグループの中心並びに傾きを算出し、算出されたエレメントグループの中心並びに傾きから部品の中心と傾きを算出して、部品位置を検出することを特徴とする請求項３に記載の部品位置検出装置。
実装機において搭載される部品の所定部位ないし特徴のある部位をエレメントとし、
異なるエレメントごとにエレメントの集合であるエレメントグループを作成し、
作成されたエレメントグループをリンク構造で結合し部品データとして格納する部品データ格納方法であって、
前記エレメントが、部品の電極形状、電極間の間隔、角部を有する部品の角部であるコーナー、角部を有する部品の外縁である辺および部品の位置決め用の基準マークのうちの少なくとも１つである
ことを特徴とする部品データ格納方法。
実装機において搭載される部品の所定部位ないし特徴のある部位をエレメントとし、異なるエレメントごとに作成されたエレメントの集合であるエレメントグループをリンク構造で結合し部品データとして格納する部品データ格納装置であって、
前記エレメントが、部品の電極形状、電極間の間隔、角部を有する部品の角部であるコーナー、角部を有する部品の外縁である辺および部品の位置決め用の基準マークのうちの少なくとも１つである
ことを特徴とする部品データ格納装置。