JP4757701B2 - 電子部品の吸着位置補正方法及び装置 - Google Patents

Description

本発明は、テープの部品収納穴に収納されテープフィーダにより順次供給される電子部品を吸着ヘッドにより吸着し、吸着された電子部品を基板上に搭載する電子部品実装機における電子部品の吸着位置補正方法及び装置に関する。

従来より、部品供給部としてのテープフィーダにより供給される電子部品を、吸着ヘッドに備えられた吸着ノズルにより吸着して、基板に移送し、電子部品を基板に実装する電子部品実装機が知られている。この実装機において、電子部品を吸着する場合、テープフィーダにおけるテープ収納穴内の電子部品の中心位置を認識し、電子部品の中心位置で吸着が行われるように、吸着位置の補正が行われている（特許文献１）。

また、電子部品の中心位置を認識し、吸着位置を補正するには、電子部品全てを撮像し補正しなければならず、搭載に時間がかかり、生産量の低下につながるので、テープフィーダにより部品が供給される場合に、テープの部品収納穴の位置を認識し、この部品収納穴の位置から電子部品の吸着位置を補正することが提案されている（特許文献２）。

テープの部品収納穴の認識方法については、たとえば、
（１）部品収納穴の各辺のエッジを検出し、最小二乗直線を求めて４交点を算出し、４点の平均を中心位置として取得する方法。
（２）部品収納穴の外周エッジを検出し、面積に基づく重心演算により中心位置を取得する方法。
（３）穴のサイズが既知であればパターンデータを生成・登録しておき、パターンマッチングにより中心位置を取得する方法。

などの方法が用いられている。
特開平１−１５５６９８号公報 特開２００５−１０１５８６号公報

しかしながら、テープの部品収納穴を認識する場合、部品供給に用いられるテープの材質や大きさは電子部品メーカや部品の種類・サイズによって異なるため、供給部品の種類によって部品収納穴の検出画像の画質はかなりのばらつきがある。撮像画像によっては誤認識を引き起こすものも多く、例えば部品が小さくコントラストが低い画像や、焦点位置がズレてボケた画像では、部品収納穴のエッジではなく穴に収納されている部品上のエッジを誤認識してしまったり、テープ上にノイズが存在する場合に、そのノイズをエッジと誤認識してしまう場合があり、部品収納穴の中心位置が実際の穴の中心とズレて認識されてしまう、という問題がある。

また、従来では、認識結果の正誤を正しく判定できる機能や誤認識時に正しい穴中心を再検出しなおす機能がなかったために、吸着位置補正時の認識結果を作業者が修正しなおす手間が発生する、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、部品収納穴の中心位置を信頼性よく検出し、部品吸着位置を高精度で補正することが可能な電子部品の吸着位置補正方法及び装置を提供することを課題とする。

本発明は、
テープの部品収納穴に収納されテープフィーダにより順次供給される電子部品を吸着ヘッドにより吸着し、吸着された電子部品を基板上に搭載する電子部品実装機における電子部品の吸着位置補正方法であって、
部品収納穴を撮像し、
撮像された部品収納穴の画像をラインごとに走査してラインごとの濃度データを取得し、
前記取得した濃度データと該取得した濃度データのラインに対して垂直な垂直線に関して線対称な濃度データとの相関演算をそれぞれ行って、各ラインで相関値が最大となるライン上の位置を検出して、
その検出位置を順次投票し、得票が最多になる位置を部品収納穴のライン方向の中心位置として取得し、該中心位置で吸着が行われるように、吸着位置を補正することを特徴とする。

また、本発明は、
テープの部品収納穴に収納されテープフィーダにより順次供給される電子部品を吸着ヘッドにより吸着し、吸着された電子部品を基板上に搭載する電子部品実装機における電子部品の吸着位置補正装置であって、
部品収納穴を撮像する撮像装置と、
撮像された部品収納穴の画像をラインごとに走査してラインごとの濃度データを取得し、前記取得した濃度データと該取得した濃度データのラインに対して垂直な垂直線に関して線対称な濃度データとの相関演算をそれぞれ行う画像処理装置とを備え、
各ラインで相関値が最大となるライン上の位置を検出して、その検出位置を順次投票し、得票が最多になる位置を部品収納穴のライン方向の中心位置として取得し、該中心位置で吸着が行われるように、吸着位置を補正することを特徴とする。

本発明では、部品収納穴が線対称性を有することを利用して、ライン走査により得られた部品収納穴の濃度データあるいはプロジェクションデータと、該データのラインに対して垂直な垂直線に関して線対称なデータとの相関演算を行って、相関値が最大となる位置を求めるようにしているので、部品収納穴のライン方向の中心を高い信頼性で検出することができ、電子部品の吸着位置の補正精度を高めることができる。

以下、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、電子部品（以下、部品という）を回路基板に搭載する部品実装機１を概略示す図である。同図に示すように、吸着ノズル１３ａを備えた吸着ヘッド１３がＸ軸方向に移動できるようにＸ軸移動機構１１に取り付けられており、また、Ｘ軸移動機構１１はＹ軸方向に移動できるようにＹ軸移動機構１２に取り付けられ、それにより吸着ヘッド１３は、Ｘ、Ｙ軸方向に移動可能となる。

部品供給装置としてのテープフィーダ１４から供給される部品は、吸着ヘッド１３により吸着され、搬送路１５に沿って搬送される基板１０の所定位置に搭載される。基板の位置ずれを認識するために、また部品の吸着位置を補正するために、吸着ヘッド１３には、基板１０に設けた基板マーク（不図示）やテープフィーダのテープの部品収納穴を上方から撮像する認識カメラ（撮像装置）１７が搭載されており、また部品の吸着姿勢を認識するために、部品認識カメラ１６が部品実装機１の底部に取り付けられている。

部品実装機１の前面上部には、装置の動作状態などを表示するオペレーションモニタ１８が設けられており、装置全体の制御と、画像処理などを行う制御部１９が本体内に設けられている。制御部１９は、認識カメラ１７の画像を処理して部品吸着位置のずれを補正するとともに、基板の位置ずれを算出し、また部品認識カメラ１６で撮像された部品画像に基づき部品吸着ずれを算出し、これらのずれを補正して部品を基板１０の所定位置に正しい姿勢で搭載する。

図２は部品実装機１の制御系の構成を示している。図１中の制御部１９は、図２のコントローラ２０、画像処理装置２７及び記憶装置３０などから構成される。

コントローラ２０は、装置全体を制御するマイクロコンピュータ（ＣＰＵ）、並びにＲＡＭ、ＲＯＭなどからなり、Ｘ軸移動機構１１の駆動源であるＸ軸モータ２１、Ｙ軸移動機構１２の駆動源であるＹ軸モータ２２、吸着ノズル１３ａをＺ軸方向（高さ方向）に昇降させるＺ軸モータ２３、吸着ノズル１３ａをそのノズル中心軸（吸着軸）を中心にして回転させるθ軸モータ２４を制御する。

また、コントローラ２０は、テープ送り直交モータ２５、テープピッチ送りモータ２６を制御して、テープフィーダ１４のテープを所定のピッチで順次間欠的に移動させ、テープの部品収納穴に収納された部品を吸着位置に移動させる。

画像処理装置２７は、Ａ／Ｄ変換器２７ａ、メモリ２７ｂ及びＣＰＵ２７ｃから構成され、部品認識カメラ１６で撮像された部品２のアナログの画像信号は、Ａ／Ｄ変換器２７ａによりデジタル信号に変換されてメモリ２７ｂに格納され、ＣＰＵ２７ｃが部品画像データに基づいて吸着された部品２の吸着中心に対する部品中心の位置ずれと吸着角度のずれを認識する。

また、画像処理装置２７は、認識カメラ１７で撮像された部品収納穴の画像をメモリ２７ｂに格納し、ＣＰＵ２７ｃがその画像を処理して、後述するように、部品収納穴の中心位置の検出あるいはその検証を行う。また、画像処理装置２７は、認識カメラ１７で撮像される基板マークの画像を処理して基板位置を検出する。

コントローラ２０は、部品収納穴の認識に基づく補正位置に吸着ヘッド１３を移動させて部品を吸着するとともに、認識された基板の位置ずれ、部品の吸着ずれに基づき部品２の搭載位置を補正し、その補正位置に吸着ヘッド１３を移動させて部品２を搭載する。

キーボード２８とマウス２９は、部品データなどのデータを入力するために用いられる。記憶装置３０は、フラッシュメモリなどで構成され、キーボード２８とマウス２９により入力された部品データ、及び不図示のホストコンピュータから供給される部品データなどを格納するのに用いられる。

表示装置３１、図１のモニタ１８に対応し、部品データ、演算データ、及び部品認識カメラ１６で撮像した部品２の画像、基板認識カメラ１７で撮像された部品収納穴の画像、基板マークの画像などを画面３１ａに表示する。

吸着ヘッド１３は、部品データなどで記述されている所定の吸着位置に移動して、テープフィーダ１４から供給される部品を吸着する。テープフィーダの装着位置、あるいはテープフィーダから供給される部品の供給位置が、正規の位置と異なると、誤吸着が発生し、搭載ミスにつながるので、本発明では、部品吸着位置の補正が行われる。この補正を、以下に、図３の流れに沿って説明する。

テープ部品の架け替えのために部品供給部にテープフィーダ１４を取り付ける（ステップＳ１）。このとき、取り付け位置が正規の位置からずれると、図４に示したように、部品収納穴４１の実際中心位置４１ａ’は予め記憶されたテープ４０の部品収納穴４１の基準中心位置４１ａからずれる場合がある。

このずれがあるかどうかを検出するために、吸着ヘッド１３に取り付けられた認識カメラ１７がテープ４０の予め記憶された部品収納穴の基準中心位置４１ａに移動する（ステップＳ２）。認識カメラ１７に設けた照明装置（不図示）が点灯し（ステップＳ３）、部品収納穴４１が認識カメラ１７により撮像される（ステップＳ４）。このとき照明は、予め最適な照明により、部品収納穴４１のエッジ部４１ｂが最も強調される照明パターンで照明される。次に、撮像された部品収納穴４１の画像が、予め記憶されている部品収納穴４１の基準中心位置４１ａを示すマークとともに表示装置３１に表示される（ステップＳ５）。

ここで、作業者は目視により、該マーク位置と部品収納穴４１の画像中心位置が一致しているかどうかを判断し、一致していれば（ステップＳ６のＹＥＳ）、予め記憶された基準中心位置４１ａが吸着位置とみなされて通常の吸着動作手順に移行する。

一方、一致していなければ（ステップＳ６のＮＯ）、作業者は、キーボード２８に設けられたキーを押して、ステップＳ７に移行する。そこで、画像処理装置２７は、撮像された部品収納穴の画像を処理し、部品収納穴４１の中心位置を算出する。この算出には、背景技術の欄で説明した（１）、（２）、あるいは（３）の既知の方法を用いることができる。

この部品収納穴の中心位置を取得するとき、図５（Ａ）に示すように、部品収納穴４１のエッジ４１ｂはなく同穴４１に収納されている部品２上のエッジを誤認識したり、図５（Ｂ）に示すように、テープ４０上にノイズ４０ａが存在する場合には、そのノイズ４０ａを収納穴のエッジと誤認識してしまう場合がある。このような誤認識があると、吸着位置（部品収納穴の中心位置）を誤って検出してしまう場合があるので、本発明は、このような誤認識を防止するために部品収納穴の認識方法の改善を行っている。

以下に、そのベースとなる方法を説明する。

一般的に、テープの部品収納穴４１は矩形であり、図６（Ａ）に示すように、部品収納穴４１の中心位置４１ｃが正しく検出できている場合は、その検出位置４１ｃで部品収納穴４１のエッジ４１ｂを示す左右の濃度と、上下の濃度は検出位置４１ｃを通るＸ軸線とＹ軸線に関して線対称の関係になっている。しかし、図６（Ｂ）に示すように、正しく位置決めできていない場合は、検出位置４１ｃで濃度の対称性がない。この性質を利用して、既知の方法（１）〜（３）で検出した部品収納穴の中心位置が正しいかどうかの検証を行うことができる。

この検証方法が図７に図示されている。いま、既知の方法で検出した部品収納穴４１の中心位置４１ｃの座標を（Ｃｘ，Ｃｙ）とする。まず横方向中心（Ｃｘ）での左右の対称性を判定する。横方向の検査対象範囲は横方向中心（Ｃｘ）を基準に左右に同じ大きさとなる。図７ではその大きさをｎｘで示す。このｎｘは部品収納穴の横サイズが既知である場合、これに比例させると効率的である。ここで、ｘ方向の検査対象範囲を（Ｓｘ〜Ｅｘ）と定義する。

縦方向中心（Ｃｙ）ラインに対し、横方向の検査対象範囲（Ｓｘ〜Ｅｘ）の濃度分布が左右対称であるかを判断するが、図７のように縦中心付近の複数ラインが同じような濃度分布を持っている場合は、縦方向中心（Ｃｙ）の前後複数ラインのプロジェクション（Ｐ（ｘ））を用いてもよい。プロジェクションを用いることでノイズの影響を軽減できる利点もある。

図７のように縦中心（Ｃｙ）の前後ｎｙラインを用いたい場合のプロジェクション（Ｐ（ｘ））は、

となる。ただし、ｆ（ｘ、ｙ）＝座標（ｘ，ｙ）の画像データである。

このプロジェクションデータ（Ｐ（ｘ））を横方向中心（Ｃｘ）で折り返したデータ（Ｑ（ｘ））を作成する。

最後にプロジェクションデータ（Ｐ（ｘ））とそれを横中心（Ｃｘ）で折り返したデータ（Ｑ（ｘ））との相関値（ｄＣ）を求める。

ｄＣ＝０．０〜１．０となる。この相関値（ｄＣ）が１．０に近いほど、対称性が有り、つまり正しい中心位置を検出できていると判断できる。相関値に対して最適なしきい値を設けることで簡単に実現できる。

同様の手順を縦方向に行えば上下対称性の検査もできる。

図７では、部品収納穴に部品が存在しない場合を例示したが、実際には部品が収納されている状態で部品収納穴を認識する場合が多い。供給される部品３が、図８に示すように左右や上下に対象な部品の場合はＤｘ、Ｄｙの区間でＸ軸並びにＹ軸に関して線対称性が得られるので、同様の方法で判断可能である。

なお、図９に示すように、非対称部品４であっても、本実施例では、部品収納穴のエッジ４１ｂ付近のデータのみで相関演算できるように演算除外区間Ｌを設定することで、同様に検証が可能である。

以上の検証ないし検査によって、既知の方法による部品収納穴の検出中心位置が誤っていると判断された場合に、正しい中心位置を再検出する。この方法を、以下に説明する。

例えば、部品収納穴の画像の所定の水平１ラインについて横方向の所定区間内で折り返し点を逐次移動させて濃度の対称性を検証した場合、最も左右対称性が高かった折り返し点が、部品収納穴の横中心位置となる可能性が高い。

そこで、部品収納穴の画像をＸ方向にライン走査し、そのラインの濃度データないし複数ラインのプロジェクションデータを取得し、図７に示したように、その取得したデータと、そのラインに垂直な垂直線に関して線対称なデータとの相関演算を行う。垂直線の位置をライン方向（Ｘ方向）に順次移動させ、移動させるごとに相関演算を行い、最も対称性が高い垂直線位置、つまり相関値が最大となる垂直線のＸ方向位置を部品収納穴の中心のｘ座標とする。

精度を高めるために、本実施例では、部品収納穴の画像を全水平ラインで行い、各ライン走査ごとに最も対称性が高かったｘ座標を順次検出してそれを投票していく。そして最多得票ｘ座標を求め、これを部品収納穴の横方向（Ｘ軸方向）中心とする。

同様に垂直ラインに対して行えば部品中心穴の縦方向の中心位置を取得できる。

このような濃度の対称性を利用した部品収納穴の中心位置の検出を、既知の方法による部品収納穴の検出中心位置が誤っていると判断された場合に行うのではなく、既知の方法に代わる方法として用い、濃度の対称性を用いて検出した中心位置を部品収納穴の中心座標として出力することも可能である。

また、例えば部品収納穴のサイズが既知であれば、上記濃度の対称性を用いて検出した部品収納穴の中心位置と、部品収納穴のサイズから部品収納穴の外周エッジ点の存在位置を信頼性よく特定できる。そのためテープ上のノイズや収納されている部品エッジ等を誤検出することなく部品収納穴のエッジだけを正しく検出できるので、このエッジ点を用いて既知の方法（１）あるいは（２）によりより精密な部品収納穴中心を算出することが可能である。

図３に戻って、上述したように、濃度の対称性を利用して部品収納穴の中心位置を取得したあと、その取得した中心位置を表示装置３１上に追加表示する（ステップＳ８）。

続いて、画像処理装置２７は、予め記憶された部品収納穴の基準中心位置４１ａと、上記取得した部品収納穴の中心位置との位置ずれを算出し、取得した部品収納穴の中心位置で吸着が行われるように、吸着位置を補正する。吸着ヘッド１３は、コントローラ２０の制御の元にこの補正された吸着位置へ移動し、そこで部品収納穴に収納されている部品を吸着する。従って、吸着ヘッド１３は、部品収納穴に収納された部品のほぼ中心を吸着でき、精度よく部品を基板に実装することができる。

本発明に用いられる部品実装機の外観を示す斜視図である。 部品実装機の制御系を示すブロック図である。 部品吸着位置を補正する流れを示すフローチャートである。 部品収納穴の中心位置の検出を説明する説明図である。 部品収納穴の中心位置の誤った検出例を説明する説明図である。 部品収納穴の中心位置による画像データの対称性を説明する説明図である。 部品収納穴の中心位置が正しく検出されているかの検証を説明する説明図である。 対称な部品が収納されている場合の検証方法を説明する説明図である。 非対称な部品が収納されている場合の検証方法を説明する説明図である。

符号の説明

１ 部品実装機
１３ 吸着ヘッド
１７ 認識カメラ
２７ 画像処理装置
４０ テープ
４１ 部品収納穴

Claims (6)

1. テープの部品収納穴に収納されテープフィーダにより順次供給される電子部品を吸着ヘッドにより吸着し、吸着された電子部品を基板上に搭載する電子部品実装機における電子部品の吸着位置補正方法であって、
   部品収納穴を撮像し、
   撮像された部品収納穴の画像をラインごとに走査してラインごとの濃度データを取得し、
   前記取得した濃度データと該取得した濃度データのラインに対して垂直な垂直線に関して線対称な濃度データとの相関演算をそれぞれ行って、各ラインで相関値が最大となるライン上の位置を検出して、
   その検出位置を順次投票し、得票が最多になる位置を部品収納穴のライン方向の中心位置として取得し、該中心位置で吸着が行われるように、吸着位置を補正することを特徴とする電子部品の吸着位置補正方法。
2. 更に、前記電子部品に対応した演算除外区間を設定することで前記部品収納穴のエッジ付近の濃度データのみで前記相関演算を行うことを特徴とする請求項１に記載の電子部品の吸着位置補正方法。
3. 前記取得した中心位置を、他の方法で求めた中心位置の検証に用いることを特徴とする請求項１又は２に記載の電子部品の吸着位置補正方法。
4. テープの部品収納穴に収納されテープフィーダにより順次供給される電子部品を吸着ヘッドにより吸着し、吸着された電子部品を基板上に搭載する電子部品実装機における電子部品の吸着位置補正装置であって、
   部品収納穴を撮像する撮像装置と、
   撮像された部品収納穴の画像をラインごとに走査してラインごとの濃度データを取得し、前記取得した濃度データと該取得した濃度データのラインに対して垂直な垂直線に関して線対称な濃度データとの相関演算をそれぞれ行う画像処理装置とを備え、
   各ラインで相関値が最大となるライン上の位置を検出して、その検出位置を順次投票し、得票が最多になる位置を部品収納穴のライン方向の中心位置として取得し、該中心位置で吸着が行われるように、吸着位置を補正することを特徴とする電子部品の吸着位置補正装置。
5. 更に、前記電子部品に対応した演算除外区間が設定されることで前記部品収納穴のエッジ付近の濃度データのみで前記相関演算が行われることを特徴とする請求項４に記載の電子部品の吸着位置補正装置。
6. 前記取得した中心位置を、他の方法で求めた中心位置の検証に用いることを特徴とする請求項４又は５に記載の電子部品の吸着位置補正装置。

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