JP4817395B2 - 部品吸着姿勢判別方法及び部品吸着姿勢判別システム - Google Patents

Description

本発明は、電子部品実装機の吸着ノズルに吸着した部品をカメラで撮像し、画像処理技術によって当該部品の吸着姿勢が正常吸着か斜め吸着かを判別する部品吸着姿勢判別方法及び部品吸着姿勢判別システムに関する発明である。

一般に、電子部品実装機においては、吸着ノズルに部品を吸着し、この部品を回路基板上に移送して回路基板の所定位置に実装するようにしている。更に、吸着ノズルに吸着した部品をその下面側から撮像するカメラを設置して、このカメラで撮像した部品画像によって部品の種類を確認したり、吸着ノズルに対する部品の吸着位置のずれを補正するようにしている。

通常は、吸着ノズルに部品が水平に吸着された状態になるが、何らかの原因で吸着ノズルに部品が斜めに吸着された状態になることがある。このような斜め吸着は実装不良の原因となるため、特許文献１（特開２００６−１１４８２１号公報）に記載されているように、カメラで撮像した部品画像の外形サイズ（エッジ位置）を認識して、これを正常な吸着姿勢の部品画像の外形サイズと比較することで、当該部品の吸着姿勢が正常吸着か斜め吸着かを判別したり（外形サイズチェック法）、或は、予め想定される正常な吸着姿勢の部品画像の外形線と交差する複数本のシークラインを当該部品画像の中心線に関して対称な位置に設定し、対称な位置関係にあるシークライン上の輝度の変化パターンを比較することで当該部品の吸着姿勢が正常吸着か斜め吸着かを判別することが提案されている。
特開２００６−１１４８２１号公報

近年の部品は、微小化しているため、上述した外形サイズチェックとシークライン上の輝度変化パターンチェックとを組み合わせて実施しても、吸着姿勢を誤判定する場合がある。

そこで、本出願人は、特願２００６−１４９７９９や特願２００６−３１５１０２の明細書に記載したように、判別分析法やニューラルネットワークを用いて部品の吸着姿勢を判別する技術を研究しているが、これらの方法は、いずれも演算処理が複雑化して演算負荷が大きくなる欠点がある。

本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、簡単な方法で部品の吸着姿勢を判別する新たな技術を開発することである。

上記目的を達成するために、請求項１，３に係る発明は、電子部品実装機の吸着ノズルに吸着した部品をカメラで撮像し、画像処理技術によって当該部品の吸着姿勢が正常吸着か斜め吸着かを判別する技術思想であって、電子部品実装機の稼働中に、前記吸着ノズルに吸着した部品を前記カメラで撮像する毎に、当該部品の特定部位の画像の平均的な輝度を演算して、その演算値を予め設定された判定しきい値と比較することで、当該部品の吸着姿勢が正常吸着か斜め吸着かを判別することを第１の特徴とし、更に、前記平均的な輝度を演算する対象となる特定部位は、他の部位よりも照明光の反射率が高い端子面の中央部位であることを第２の特徴とするものである。

つまり、正常吸着された部品は、カメラで撮像される面（下面）が水平で、カメラの光軸に対して垂直になるのに対して、斜め吸着された部品は、撮像面（下面と側面）が水平面に対して傾斜していてカメラの光軸に対して垂直にならない。このため、斜め吸着された部品は、撮像面におけるカメラ側への照明光の反射率が正常吸着の場合よりも低くなり、部品の撮像面の輝度が正常吸着の場合よりも暗くなる。

このような照明光の反射率（輝度）と部品の吸着姿勢との関係から、本発明のように、吸着ノズルに吸着した部品の特定部位の画像の平均的な輝度を演算して、その平均的な輝度が判定しきい値よりも明るいか暗いかを判定すれば、部品の吸着姿勢が正常吸着か斜め吸着かを判別することができる。ここで、部品の特定部位の画像の平均的な輝度を演算する処理は、比較的簡単な処理であり、演算負荷を軽減できて、高速処理化の要求を満たすことができる。

この場合、請求項１，３のように、平均的な輝度を演算する対象となる特定部位は、他の部位よりも照明光の反射率が高い端子面の中央部位とすると良い。照明光の反射率が低い部位（例えば黒色系の素子面）は、正常吸着と斜め吸着との間の平均的な輝度の差（明暗差）が小さいため、吸着姿勢を誤判定しやすくなるが、照明光の反射率が高い部位（例えば端子面）は、正常吸着と斜め吸着との間の平均的な輝度の差（明暗差）が大きくなるため、正常吸着と斜め吸着とを判別しやすくなり、吸着姿勢の判別精度を向上することができる。ここで、端子面の中央部位を「特定部位」とする理由は、画像処理技術上の位置判定誤差を考慮したものである。

また、カメラや照明光源の製造ばらつき、経時変化、周囲環境の明るさの違い等、実際の撮像条件のばらつきによって部品画像の輝度がばらつくことを考慮して、請求項２，４のように、判定しきい値を設定する際に、正常吸着された部品の画像データから当該正常吸着部品の特定部位の画像の平均的な輝度を演算してその演算値に基づいて判定しきい値を設定するようにすると良い。このようにすれば、実際の撮像条件のばらつきによって部品画像の輝度がばらつくという事情があっても、実際の撮像条件で得られた正常吸着部品の画像データに基づいて判定しきい値を設定することができるので、実際の撮像条件のばらつきを補償した判定しきい値を設定することが可能となり、実際の撮像条件のばらつきの影響を排除した高精度な吸着姿勢判別が可能となる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を説明する。
まず、図１に基づいて電子部品実装機全体の概略構成を説明する。
Ｘ軸スライド１１は、Ｘ軸ボールねじ１２によってＸ軸方向（図１の左右方向）にスライド移動可能に設けられ、このＸ軸スライド１１に対して、Ｙ軸スライド１３がＹ軸ボールねじ１４によってＹ軸方向（図１の紙面垂直方向）にスライド移動可能に設けられている。

Ｙ軸スライド１３には、吸着ヘッド１５が設けられ、この吸着ヘッド１５に昇降可能に設けられた吸着ホルダ１６に吸着ノズル１７が下向きに取り付けられている。

一方、Ｘ軸スライド１１には、吸着ノズル１７に吸着した部品をその下面側から一対の反射鏡２０，２１を介して撮像するＣＣＤカメラ等のカメラ２２が下向きに設けられている。このカメラ２２で撮像した部品画像によって、吸着ノズル１７に対する部品の吸着位置のずれを補正するようにしている。

一方の反射鏡２０は、吸着ノズル１７に吸着した部品の下方に位置するように設けられ、この反射鏡２０の上方には、吸着ノズル１７に吸着した部品をその下面側から照明するためのリング状のフロントライト２３が設けられている。

この電子部品実装機の制御装置（図示せず）は、吸着ノズル１７に吸着した部品をその下面側からカメラ２２で撮像し、画像処理技術によって該部品の吸着姿勢が正常吸着か斜め吸着かを判別する。以下、この吸着姿勢の判別方法を詳しく説明する。

図２（ａ）〜（ｄ）は、部品の様々な吸着姿勢を示し、（ａ）は正常吸着を示し、（ｂ）〜（ｄ）は斜め吸着を示している。（ａ）の正常吸着の部品画像と（ｂ）〜（ｄ）の斜め吸着の部品画像とを比較すると、（ｂ）の斜め吸着の部品画像は、（ａ）の正常吸着の部品画像と比べて外形サイズが大きく異なるため、外形サイズのチェックでも、斜め吸着と判定可能であるが、（ｃ）と（ｄ）の斜め吸着の部品画像は、（ａ）の正常吸着の部品画像との外形サイズの差が小さいため、外形サイズのチェックでは、吸着姿勢を判別できない。

図２（ａ）に示すように、正常吸着された部品は、カメラ２２で撮像される面（下面）が水平で、カメラ２２の光軸に対して垂直になるのに対して、図２（ｂ）〜（ｄ）に示すように、斜め吸着された部品は、撮像面（下面と側面）が水平面に対して傾斜していてカメラ２２の光軸に対して垂直にならない。このため、斜め吸着された部品は、撮像面におけるカメラ２２側（反射鏡２０側）への照明光の反射率が正常吸着の場合よりも低くなり、部品の撮像面の輝度が正常吸着の場合よりも暗くなる。

このような照明光の反射率（輝度）と部品の吸着姿勢との関係を考慮して、本実施例では、吸着ノズル１７に吸着した部品をカメラ２２で撮像する毎に、当該部品の特定部位Ａの画像の平均輝度を演算して、その平均輝度を予め設定された判定しきい値と比較して、平均輝度が判定しきい値よりも明るいか暗いかを判定することで、当該部品の吸着姿勢が正常吸着か斜め吸着かを判別する。

この場合、平均輝度を演算する対象となる特定部位Ａは、他の部位Ｂよりも照明光の反射率が高い端子面の中央部位とする。照明光の反射率が低い部位Ｂ（例えば黒色系の素子面）は、正常吸着と斜め吸着との間の平均輝度の差（明暗差）が小さいため、吸着姿勢を誤判定しやすくなるが、照明光の反射率が高い部位Ａ（端子面）は、正常吸着と斜め吸着との間の平均輝度の差（明暗差）が大きくなるため、正常吸着と斜め吸着とを判別しやすくなり、吸着姿勢の判別精度を向上することができる。

尚、特定部位Ａを端子面とする場合、撮像された端子面全体を特定部位Ａとすると画像処理技術上の位置判定誤差の影響を受けるため、画像処理技術上の位置判定誤差を考慮して、端子面の中央部分のみを特定部位Ａとするものである。

また、カメラ２２や照明光源（フロントライト２３）の製造ばらつき、経時変化、周囲環境の明るさの違い等、実際の撮像条件のばらつきによって部品画像の輝度がばらつくことを考慮して、本実施例では、判定しきい値を設定する際に、正常吸着された部品の画像データから当該正常吸着部品の特定部位Ａの画像の平均輝度を演算して、その平均輝度のばらつき範囲の下限相当値又はそれよりも少し小さい値を判定しきい値として設定する。このようにすれば、実際の撮像条件のばらつきによって部品画像の輝度がばらつくという事情があっても、実際の撮像条件で得られた正常吸着部品の画像データに基づいて判定しきい値を設定することができるので、実際の撮像条件のばらつきを補償した判定しきい値を設定することが可能となり、実際の撮像条件のばらつきの影響を排除した高精度な吸着姿勢判別が可能となる。

以上説明した本実施例の部品吸着姿勢判別処理は、電子部品実装機の制御装置によって図３の部品吸着姿勢判別プログラムに従って次のように実行される。

図３の部品吸着姿勢判別プログラムは、電子部品実装機の稼働中に、吸着ノズル１７に吸着した部品をカメラ２２で撮像する毎に実行され、特許請求の範囲でいう画像処理手段として機能する。本プログラムが起動されると、まずステップ１０１で、部品画像の境界（外形エッジ）を追跡し、次のステップ１０２で、部品画像のＸ、Ｙ寸法（外形サイズ）を検出する。

この後、ステップ１０３に進み、部品画像のＸ、Ｙ寸法が所定値以内（部品画像のＸ、Ｙ寸法のばらつき範囲内）であるか否かを判定し、部品画像のＸ、Ｙ寸法が所定値以内でなければ、ステップ１０４に進み、外形サイズが異なる異常部品と判定して本プログラムを終了する。

これに対して、上記ステップ１０３で、部品画像のＸ、Ｙ寸法が所定値以内であると判定されれば、ステップ１０５に進み、部品画像の中心の座標を検出した後、ステップ１０６に進み、平均輝度を演算する対象となる特定部位Ａを、部品画像の中心の座標を基準にして指定する。

この後、ステップ１０７に進み、特定部位Ａ内の各画素の輝度を積算して画素数で割り算して特定部位Ａの平均輝度を求める。この後、ステップ１０７に進み、特定部位Ａの平均輝度が判定しきい値以上であるか否かを判定し、特定部位Ａの平均輝度が判定しきい値以上であれば、ステップ１０９に進み、正常吸着と判定し、特定部位Ａの平均輝度が判定しきい値未満であれば、ステップ１１０に進み、斜め吸着と判定する。

以上説明した本実施例によれば、照明光の反射率（輝度）と部品の吸着姿勢との関係を考慮して、吸着ノズル１７に吸着した部品の特定部位Ａの画像の平均輝度を演算して、その平均輝度を判定しきい値と比較することで、部品の吸着姿勢が正常吸着か斜め吸着かを判別するようにしたので、比較的簡単な処理で部品の吸着姿勢を判別することができて、演算負荷を軽減でき、高速処理化の要求を満たすことができる。

尚、部品の特定部位Ａの平均輝度（各画素の輝度の平均値）の代わりに、特定部位Ａの各画素の輝度分布の中央値又は最頻値を用いても良く、要は、各画素の輝度の平均値、中央値、最頻値等から求めた平均的な輝度を判定しきい値と比較して、部品の吸着姿勢が正常吸着か斜め吸着かを判別するようにすれば良い。

尚、本発明の部品の特定部位Ａの画像の平均的な輝度を用いた吸着姿勢判別方法は、外形サイズチェックによる吸着姿勢判別方法や、シークライン上の輝度変化パターンチェックによる吸着姿勢判別方法と組み合わせて実施しても良い。

その他、本発明は、カメラ２２の位置や照明光源（フロントライト２３）の位置を適宜変更しても良い等、種々変形して実施できる。

本発明の一実施例で使用する電子部品実装機の構成を示す縦断面図である。 （ａ）〜（ｄ）は、部品の様々な吸着姿勢を示した図であり、（ａ）は正常吸着を示した図、（ｂ）〜（ｄ）は斜め吸着を示した図である。 部品吸着姿勢判別プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１１…Ｘ軸スライド、１３…Ｙ軸スライド、１７…吸着ノズル、２０，２１…反射鏡、２２…カメラ、２３…フロントライト（照明光源）

Claims (4)

1. 電子部品実装機の吸着ノズルに吸着した部品をカメラで撮像し、画像処理技術によって当該部品の吸着姿勢が正常吸着か斜め吸着かを判別する部品吸着姿勢判別方法において、 電子部品実装機の稼働中に、前記吸着ノズルに吸着した部品を前記カメラで撮像する毎に、当該部品の特定部位の画像の平均的な輝度を演算して、その演算値を予め設定された判定しきい値と比較することで、当該部品の吸着姿勢が正常吸着か斜め吸着かを判別するものであり、
   前記平均的な輝度を演算する対象となる特定部位は、他の部位よりも照明光の反射率が高い端子面の中央部位であることを特徴とする部品吸着姿勢判別方法。
2. 前記判定しきい値を設定する際に、正常吸着された部品の画像データから当該正常吸着部品の特定部位の画像の平均的な輝度を演算してその演算値に基づいて前記判定しきい値を設定することを特徴とする請求項１に記載の部品吸着姿勢判別方法。
3. 電子部品実装機の吸着ノズルに吸着した部品を撮像するカメラと、このカメラの出力信号を画像処理して前記部品の吸着姿勢が正常吸着か斜め吸着かを判別する画像処理手段とを備えた部品吸着姿勢判別システムにおいて、
   前記画像処理手段は、電子部品実装機の稼働中に、前記吸着ノズルに吸着した部品を前記カメラで撮像する毎に、当該部品の特定部位の画像の平均的な輝度を演算して、その演算値を予め設定された判定しきい値と比較することで、当該部品の吸着姿勢が正常吸着か斜め吸着かを判別するものであり、前記平均的な輝度を演算する対象となる特定部位は、他の部位よりも照明光の反射率が高い端子面の中央部位であることを特徴とする部品吸着姿勢判別システム。
4. 前記画像処理手段は、予め正常吸着された部品の画像データから当該正常吸着部品の特定部位の画像の平均的な輝度を演算してその演算値に基づいて前記判定しきい値を設定してメモリに記憶することを特徴とする請求項３に記載の部品吸着姿勢判別システム。

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