JP4686329B2 - 部品認識方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、部品認識方法及び装置、更に詳細には、吸着ノズルに吸着された部品を撮像し、撮像された部品の画像を処理して部品位置を認識する部品認識方法及び装置に関する。

電子部品（以下、単に部品という）を基板に搭載する部品実装機では、吸着ヘッドにより吸着した部品を基板に搭載する前に、吸着部品を撮像装置で撮像し、撮像された画像から吸着部品の中心位置と傾きを求める、いわゆる部品認識（部品の位置決めともいう）を行い、その認識結果に基づいて吸着ずれを補正して部品を基板の所定位置に正しい姿勢で搭載している。

特に、小型のチップ部品を認識する場合、ノズル画像の外側に設けた複数のチェック位置でそれぞれ部品の画像があるかどうかを検出し、部品認識を行うことが行われている（特許文献１）。
特開平３−１７１８００号公報

しかしながら、従来の実装機のチップ部品認識方法では、吸着ノズル先端が摩耗等で表面状態が変化した場合やその表面処理のバラツキにより、吸着部品を照明すると、吸着ノズルが、該照明により部品同様に明るく光ってしまい、吸着位置によっては、部品の位置決めができないという問題があった。

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、吸着ノズルに影響されることなく、部品を高精度で認識できる部品認識方法及び装置を提供することを課題とする。

本発明は、吸着ノズルに吸着された部品を撮像し、撮像された部品の画像を処理して部品位置を認識する部品認識方法であって、
前記部品は電極を有しており、
撮像された画像を処理して吸着ノズルが部品のどの部分を吸着したかを検出し、
前記検出から吸着ノズルの影響のない、前記電極の連続する所定数以上の画素からなるエッジ点列を選択し、
前記選択されたエッジ点列に基づいて部品認識を行うことを特徴とする。

また、本発明は、吸着ノズルに吸着された部品を撮像し、撮像された部品の画像を処理して部品位置を認識する部品認識装置であって、
前記部品は電極を有しており、
撮像された画像を処理して吸着ノズルが部品のどの部分を吸着したかを検出する検出手段と、
前記検出手段による検出から吸着ノズルの影響のない、前記電極の連続する所定数以上の画素からなるエッジ点列を選択する選択手段とを有し、
前記選択手段で選択されたエッジ点列に基づいて部品認識を行うことを特徴とする。

本発明では、吸着ノズルの磨耗等により吸着ノズルが照明を受けて光った場合でも、吸着ノズルの影響を受けない、部品の電極の連続する所定数以上の画素からなるエッジ点列に基づいて部品認識が行われるので、特に電極を有する小型のチップ部品を高精度で認識することが可能となる。

以下、添付図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は、部品実装機１の概略正面図で、部品実装機１には、吸着ノズル３を装着した搭載ヘッド２が設けられており、この搭載ヘッド２は、ＸＹ駆動ユニット４によりＸ軸及びＹ軸方向に移動される。搭載ヘッド２には、ＣＣＤカメラなどにより構成される撮像装置５が固定されており、この撮像装置５は、基板上の基板マークを撮像して搬送されてくる基板の位置を認識する。また、部品実装機１のベースには、吸着ノズル３により吸着された部品９を撮像するＣＣＤカメラにより構成される撮像装置８が取り付けられている。撮像装置８で撮像された部品の画像は、画像処理装置２１により画像処理され、部品認識が行われる。また、部品実装機１には、部品実装機１を制御するメイン制御装置２２が設けられる。

図２には、部品実装機１のメイン制御装置２２と画像処理装置２１が詳細に図示されている。メイン制御装置２２のＣＰＵ２２ａは、実装機全体の制御を行うもので、搭載ヘッド２を、Ｘ軸、Ｙ軸方向に移動させるＸ軸モータ２３，Ｙ軸モータ２４，並びに吸着ノズル３を昇降させるＺ軸モータ２５の駆動を制御し、また、吸着ノズル３をθ軸を中心に回転させるθ軸モータ２６の駆動を制御する。図１のＸＹ駆動ユニット４は、Ｘ軸モータ２３、Ｙ軸モータ２４によって駆動される。また、メイン制御装置２２は、部品撮像時、部品を照明する照明装置２０の点灯、消灯を制御する照明コントローラ２２ｂ並びに種々のデータを記憶するメモリ２２ｃなどを有する。

撮像装置８から出力される部品９の画像信号（アナログ信号）が画像処理装置２１に入力され、Ａ／Ｄ変換器２１ａによりデジタルの部品画像データに変換され、画像メモリ２１ｂに格納される。画像処理装置２１には、部品９の形状や、部品寸法、リード幅、リードピッチ、リード長さなど位置決めのためのデータや、吸着位置、搭載位置などのデータを部品ごとに記憶する部品データ記憶部２１ｅが設けられる。画像処理装置２１のＣＰＵ２１ｆは、メモリに記憶された部品認識プログラム２１ｄを読み出して実行し、部品データ記憶部２１ｅの部品データを用いて、画像メモリ２１ｂに格納された部品画像を処理し、部品中心と部品傾きを算出する。作業用メモリ２１ｃは、この画像処理時の作業用のメモリとして用いられる。

上述した画像処理で算出した部品中心位置と部品傾きから部品の吸着ずれが計算され、このずれ量が、インターフェース２１ｇを介してメイン制御装置２２に送信される。メイン制御装置２２は、このずれ量をＸ軸モータ２３、Ｙ軸モータ２４、θ軸モータ２６の駆動時に反映させ、吸着ずれを補正して部品９を基板上に搭載する。

本発明は、図６に示したような、電極９ｂ、９ｃを両端に有する小型のチップ部品９の認識を行うに適したもので、吸着ノズル３で吸着されれたチップ部品９を撮像装置８で撮像すると、吸着ノズル３の吸着位置によっては、図４の左側に示したように、吸着ノズル３の一部が撮像されてしまい、ノズルの表面状態の変化で、撮像された吸着ノズルの一部が、照明装置２０の照明により部品同様、明るく光り、正しい位置決めができなくなる。

そこで、本発明では、吸着ノズル３が部品のどの部分を吸着したかを、部品９の概略中間位置を求めることより検出ないし予測し、この求めたノズル位置とノズル径並びに部品サイズに基づいて吸着ノズルの影響のない部品エッジを選択して、この部品エッジに基づいて正確な部品認識を行う。

この流れを図３のフローチャートを参照して説明する。

まず、搭載ヘッド２を、ＸＹ駆動ユニット４によって部品供給装置（不図示）に移動させて、吸着ノズル３により部品（チップ部品）９を吸着する。そして、搭載ヘッド２を、吸着ノズル３の軸心が撮像軸と一致するように撮像装置８上に移動させる（ステップＳ１）。搭載ヘッド２が撮像装置８上に移動すると、照明装置２０が点灯して、部品９の撮像が実施される（ステップＳ２）。

撮像された画像は画像メモリ２１ｂに格納され、部品認識プログラム２１ｄが実行されて、部品認識動作に入る。図４は、撮像画像８ａを示しており、吸着ノズル３に吸着された部品９の画像がこの撮像画像８ａ内に撮像されている。この場合、吸着ノズル３の軸心３ａは、撮像軸と一致しているので、撮像画像８ａのほぼ中心に位置している。

本実施例では、部品９の中間位置を求める第１の位置決めを実施し、そのＸＹ座標を検出する。この処理は、特公平８−１２０５０号公報に記述の技術を利用する。まず、基準点３０ａを角に有する第１テンプレート３０を撮像画像８ａ内に設定し（ステップＳ３）、次に、図４の右側に示したように、第１テンプレート３０の画像を１８０度回転した第２テンプレート３１を作成する（ステップＳ４）。続いて、撮像画像８ａと第２テンプレート３１の画像でマッチングを実施する（ステップＳ５）。

図５は、マッチングがとれたときの第２テンプレート３１の位置と、設定した第１テンプレート３０を示しており、第１テンプレート３０の基準点３０ａと、この基準点３０ａに対応する第２テンプレート３１の基準点３１ａの中間位置９ａの座標は、部品９の第１位置決め座標になる（ステップＳ６）。この場合、吸着ノズル３の中心３ａ（撮像画像中心）の座標は、（０、０）に設定されるので、求めた第１位置決めのＸ、Ｙ座標は、軸心３ａからのずれ量を示している。このように、吸着ノズルの軸心３ａは、通常撮像装置上のあらかじめ設定された位置、つまり画像中心位置（０、０）に制御されており、また、ノズル形状並びにそのノズル径も判っている為、部品データ、特に部品形状と部品サイズが判れば、吸着ノズル３が部品９のどの部分を吸着しているかを検出ないし予測することができる。上述したような第２テンプレートを作成して、マッチングをとることにより部品の概略中間位置を求める方法は、吸着ノズル３が照明により光った場合や部品傾きがある場合においても部品自体の画像データ量が多いので、信頼性を持って実施することができる。

なお、第１テンプレート３０を設定する代わりに、基準点を有するウインドウを設定するようにし、このウインドウ並びにそのウインドウ内の画像を１８０度回転させてたものを第２テンプレートとするようにしてもよい。

次に、第１位置決め座標を求めたら、部品中心並びに部品傾きの算出に使用するエッジを選択する（ステップＳ７；選択手段）。上述したように、吸着ノズル３が部品９のどの部分を吸着しているかを検出することができるので、吸着ノズルのノズル径と部品サイズと部品形状により位置決めに悪影響を与える可能性の高い部品エッジを排除することができる。

どの部品エッジを部品位置決めに使用するかは、図７に示したような部品エッジ選択表に示されているように、ステップＳ６で求めた第１位置決め座標Ｘ、Ｙにより選択される。この選択表のデータは、ノズルタイプ別、部品サイズ、部品タイプで異なり、それぞれ画像処理装置内のメモリ２１ｅに格納するか、あるいはメイン制御装置２２のメモリ２２ｃに格納し、それを読み出すようにする。

例えば、第１位置決め座標Ｘ、Ｙが、両方とも、±０．１ｍｍ以内だと、吸着ノズル３が部品９のほぼ中心を吸着していると検出でき、またこの選択表の元になった吸着ノズル径から吸着ノズルが撮像されていないと判断できるので、エッジＥ１からＥ６までの全てのエッジを使用可能と検出する。一方、図８に示したように、Ｘ座標が＋０．２ｍｍで、Ｙ座標が＋０．０７ｍｍの場合は、吸着ノズル３は部品９の左側を吸着しており、エッジＥ１、Ｅ３、Ｅ５が、吸着ノズル３の画像により影響を受けると判断されるので、エッジＥ２、Ｅ４、Ｅ６が選択される。

このように吸着ノズルの影響のないエッジが選択されると、公知のアルゴリズムを用いて部品外側から部品エッジを検出する。検出するエッジの数は、通常、連続する５画素以上を検出し、このエッジ点列から回帰直線を求める。各回帰直線を求めたら、第２の位置決め（部品中心ＸＹθ座標）の算出を行う（ステップＳ８）。全エッジを使用できる場合は、この回帰直線から４コーナーを算出し、その４座標の平均をＸＹ座標とし、長辺の回帰直線の２直線の傾きの平均を部品傾きθとする。また、全エッジを使用できない場合は、第１位置決め座標を活用する。例えば、図８に示したように、エッジＥ２、Ｅ４、Ｅ６が選択された場合には、Ｘ座標は第１位置決め座標のＸ座標を使用し、部品傾きθの算出には、エッジ３つの回帰直線の交点の２コーナの中心座標と第１位置決め座標のＸＹ座標を結んだ直線の傾きを用い、それを部品傾きθとする。Ｙ座標は、２コーナの交点の座標を中心として、それに対する座標（Ｘ座標は第１位置決め座標、Ｙ座標は２コーナ交点座標）を部品傾きθ分回転させた点のＹ座標とする。

以上述べた実施例では、基準点３０ａを有する第１テンプレート３０を撮像画像内に設定し、この第１テンプレートの画像を１８０度回転した第２テンプレート３１の画像と撮像画像とでマッチングを実施し、マッチングが取れたときの第１テンプレートの基準点３０ａと、この基準点に対応する第２テンプレートの基準点３１ａとの中間点を求めることにより、吸着ノズル３が部品のどの部分を吸着したかを検出するようにしているが、吸着ノズルを含めた部品画像の輪郭を検出し、その重心位置を求めるか、あるいは他のアルゴリズムにより、部品の中心位置を概略求めて、部品形状と部品サイズに基づいて吸着ノズルが部品のどの部分を吸着したかを検出するようにしてもよい。

部品実装機の概略構成を示した正面図である。 部品実装機と画像処理装置の構成を示したブロック図である。 部品認識の流れを示すフローチャートである。 第１と第２テンプレートの設定を示した説明図である。 第２テンプレート画像と撮像画像のマッチングを示した説明図である。 （ａ）はチップ部品の斜視図、（ｂ）はその上面図である。 吸着ノズルの影響のない部品エッジを選択するための表図である。 吸着ノズル位置と吸着ノズルの影響のない部品エッジの関係を示した説明図である。

符号の説明

１ 部品実装機
２ 搭載ヘッド
３ 吸着ノズル
８ 撮像装置
９ 部品
２１ 画像処理装置
２２ メイン制御装置
３０ 第１テンプレート
３１ 第２テンプレート

Claims (4)

1. 吸着ノズルに吸着された部品を撮像し、撮像された部品の画像を処理して部品位置を認識する部品認識方法であって、
   前記部品は電極を有しており、
   撮像された画像を処理して吸着ノズルが部品のどの部分を吸着したかを検出し、
   前記検出から吸着ノズルの影響のない、前記電極の連続する所定数以上の画素からなるエッジ点列を選択し、
   前記選択されたエッジ点列に基づいて部品認識を行うことを特徴とする部品認識方法。
2. 吸着ノズルが部品のどの部分を吸着したかの検出は、基準点を有する第１テンプレートを撮像画像内に設定し、この第１テンプレートの画像を１８０度回転した第２テンプレート画像と撮像画像とでマッチングを実施し、マッチングが取れたときの第１テンプレートの基準点と、該基準点に対応する第２テンプレートの基準点との中間点を求めることにより、行われることを特徴とする請求項１に記載の部品認識方法。
3. 吸着ノズルに吸着された部品を撮像し、撮像された部品の画像を処理して部品位置を認識する部品認識装置であって、
   前記部品は電極を有しており、
   撮像された画像を処理して吸着ノズルが部品のどの部分を吸着したかを検出する検出手段と、
   前記検出手段による検出から吸着ノズルの影響のない、前記電極の連続する所定数以上の画素からなるエッジ点列を選択する選択手段とを有し、
   前記選択手段で選択されたエッジ点列に基づいて部品認識を行うことを特徴とする部品認識装置。
4. 前記検出手段は、基準点を有する第１テンプレートを撮像画像内に設定し、この第１テンプレートの画像を１８０度回転した第２テンプレート画像と撮像画像とでマッチングを実施し、マッチングが取れたときの第１テンプレートの基準点と、該基準点に対応する第２テンプレートの基準点との中間点を求めることにより、吸着ノズルが部品のどの部分を吸着したかを検出することを特徴とする請求項３に記載の部品認識装置。

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