JP5333516B2

JP5333516B2 - 部品実装装置における画像読取装置および画像読取方法

Info

Publication number: JP5333516B2
Application number: JP2011114327A
Authority: JP
Inventors: 拓士和田; 尚三福田; 誠之荒瀬
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2011-05-23
Filing date: 2011-05-23
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2031-05-23
Also published as: JP2012243175A; CN202889492U

Description

本発明は、部品実装装置においてラインセンサによって部品の画像を読み取る画像読取装置および画像読取方法に関するものである。

部品実装装置において部品の位置認識を画像処理により行うための画像読取装置として、ＣＣＤをライン状に配置したラインセンサが広く用いられている。このラインセンサによる画像読取りでは、画像読取り対象から入射した撮像光を受光した受光素子アレイから、受光量に応じた電荷をシフトレジスタに転送し、さらにシフトレジスタから電荷を画像信号として順次出力させることにより、受光素子の配列方向、すなわち主走査方向の一次元画像データを得ることができる。そして電子部品を主走査方向と直交する副走査方法に移動させながら得られた複数の一次元画像データを並列させることにより、所望の二次元画像を形成するようにしている（例えば特許文献１参照）。

この特許文献例に示す先行技術においては、画像読取り対象の部品サイズに応じて極力効率的な画像読み取りを行うため、受光素子アレイの複数の受光素子のうち、部品の画像読み取りに不要な範囲を遮光部材によって覆って無効範囲とし、これ以外の有効範囲の受光素子のみからの画像信号のみを取り出すようにしている。このとき、シフトレジスタから有効範囲の画像信号が出力された後には、シフトレジスタには無効範囲に相当する初期値の画像信号のみが残留した状態となっていることから、次の一次元画像に相当する撮像光を受光した受光素子アレイから電荷をシフトレジスタに転送しても不適切な電荷の混合を生じることがなく、画像読み取りに必要な有効範囲の画像信号を効率的に出力させることができるという利点がある。

特許第３３１８１４６号公報

しかしながら上述の先行技術を含め、ラインセンサを用いた従来の画像読取装置においては、ラインセンサにおける電荷の転送中には画像信号の出力を中断する必要があるという特性に起因して、画像信号の出力の効率化を図る上で以下のような不都合が生じていた。すなわち画像読取り処理にはラインセンサから出力されるアナログの画像信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換処理を必要とするが、従来の画像読取装置ではラインセンサからの画像信号の出力が中断されるタイミングに同期させて、ＡＤ変換処理を実行するＡＤ変換素子の駆動を停止させるようにしていた。これは、ＡＤ変換素子の駆動を継続したままにしておくと、ＡＤ変換処理に際して生じる応答遅れにより、有効範囲の画像信号に無効範囲の画像信号が混在する不都合が生じるからである。そしてＡＤ変換素子の再駆動に際しては、基準電位が安定するまでに応答遅れが存在するため、ＡＤ変換素子の駆動を停止・再開する度に、当該タイミングに相当する画像信号には基準電位の不安定に起因するノイズが混入する結果となっていた。このように、ラインセンサを用いた従来の画像読取装置は、部品の画像読取りの高速化を目的としてラインセンサからの画像信号の出力を効率的に行うに際しては、画像信号へのノイズの混入が避けがたいという問題があった。

そこで本発明は、画像信号へのノイズの混入を生じることなく画像信号の出力を効率化して、部品の画像読取りの高速化を実現することができる部品実装装置における画像読取装置および画像読取方法を提供することを目的とする。

本発明の部品実装装置における画像読取装置は、基板に電子部品を実装する部品実装装置において、画像読取り対象の部品を保持した実装ヘッドを第１方向に相対移動させることにより、前記部品の画像を読み取る画像読取装置であって、複数の受光素子が前記第１方向と直交する第２方向にライン状に配置され、前記部品の光学画像をこれらの受光素子に結像させることにより各受光素子に前記光学画像に応じた電荷が蓄積される受光素子アレイと、前記受光素子のうち前記受光素子アレイの両端部側から連続する複数の受光素子より成る所定の遮光範囲への光の入射を遮るとともに、前記遮光範囲以外の露光範囲に対応する受光素子への光の入射を許容する遮光手段と、前記受光素子アレイにおける各受光素子と対応した複数の蓄電素子を第２方向にライン状に配置して構成され、前記受光素子に蓄積された電荷であって、前記遮光範囲の受光素子に蓄積された遮光素子電荷および前記露光範囲の受光素子に蓄積された露光素子電荷を含む受光電荷をシフトゲートを介して前記各蓄電素子に受け取るシフトレジスタと、前記シフトレジスタから前記受光電荷を画像信号として前記受光素子の配列順に出力させる出力部と、前記第１方向への相対移動において前記出力部から順次出力される前記画像信号を受け取って前記部品の二次元画像を形成する画像処理部と、前記シフトゲートを介しての前記受光電荷の転送を許可するタイミングを前記露光範囲の大きさに基づいて制御することにより、前記出力部からの画像信号の出力実行中において、前記露光素子電荷の画像信号が前記シフトレジスタの前記露光範囲に対応する蓄電素子から出力された後のタイミングにおいて、前記受光素子アレイの各受光素子に蓄電された電荷によって前記シフトレジスタの各蓄電素子を上書きする転送制御部とを備え、前記画像処理部は、前記出力された画像信号をＡＤ変換するＡＤ変換処理部と、ＡＤ変換処理された画像信号に基づいて前記受光素子アレイの露光範囲に対応した一次元画像を取得し、次いで取得されたこれらの一次元画像を並列させることにより前記二次元画像を形成する画像形成部と、前記ＡＤ変換処理部の駆動状態を制御して、前記受光素子アレイからシフトレジスタへ前記電荷の転送を行っている間においても継続して駆動させるとともに、前記ＡＤ変換処理後の前記露光素子電荷に対応する画像信号について、前記ＡＤ変換処理に伴って生じる応答遅れに相当する画像信号を、直後にＡＤ変換処理される後続の露光素子電荷に対応する画像信号に時系列を合致させて結合して前記画像形成部に対して出力する画像調整処理部とを備えた。

本発明の部品実装装置における画像読取方法は、基板に電子部品を実装する部品実装装置において、画像読取り対象の部品を保持した実装ヘッドを画像読取装置に対して第１方向に相対移動させることにより、前記部品の画像を読み取る画像読取方法であって、前記画像読取装置は、複数の受光素子が前記第１方向と直交する第２方向にライン状に配置され、前記部品の光学画像をこれらの受光素子に結像させることにより各受光素子に前記光学画像に応じた電荷が蓄積される受光素子アレイと、前記受光素子のうち前記受光素子アレイの両端部側から連続する複数の受光素子より成る所定の遮光範囲への光の入射を遮るとともに、前記遮光範囲以外の露光範囲に対応する受光素子への光の入射を許容する遮光手段と、前記受光素子アレイにおける各受光素子と対応した複数の蓄電素子を第２方向にライン状に配置して構成され、前記受光素子に蓄積された電荷であって、前記遮光範囲の受光素子に蓄積された遮光素子電荷および前記露光範囲の受光素子に蓄積された露光素子電荷を含む受光電荷をシフトゲートを介して前記各蓄電素子に受け取るシフトレジスタと、前記シフトレジスタから前記受光電荷を画像信号として前記受光素子の配列順に出力させる出力部と、前記第１方向への相対移動において前記出力部から順次出力される前記画像信号を受け取って前記部品の二次元画像を形成する画像処理部と、前記シフトゲートを介しての前記受光電荷の転送を許可するタイミングを前記露光範囲の大きさに基づいて制御することにより、前記出力部からの画像信号の出力実行中において、前記露光素子電荷の画像信号が前記シフトレジスタの前記露光範囲に対応する蓄電素子から出力された後のタイミングにおいて、前記受光素子アレイの各受光素子に蓄電された電荷によって前記シフトレジスタの各蓄電素子を上書きする転送制御部とを備え、さらに前記画像処理部は、前記出力された画像信号をＡＤ変換するＡＤ変換処理部と、ＡＤ変換処理された画像信号に基づいて前記受光素子アレイの前記露光範囲に対応した一次元画像を取得し、次いで取得された複数の一次元画像を並列させることにより前記二次元画像を形成する画像形成部とを有して構成され、前記ＡＤ変換処理部を制御して、前記受光素子アレイからシフトレジスタへ前記電荷の転送を行っている間においても継続して駆動させるとともに、前記ＡＤ変換処理後の前記露光素子電荷に対応する画像信号について、前記ＡＤ変換処理に伴って生じる応答遅れに相当する画像信号を、直後にＡＤ変換処理される後続の露光素子電荷に対応する画像信号に時系列を合致させて結合して前記画像形成部に対して出力する。

本発明によれば、ラインセンサから出力された画像信号をＡＤ変換処理後に画像形成部に出力するに際し、ＡＤ変換処理後の露光素子電荷に対応する画像信号についてＡＤ変換処理に伴って生じる応答遅れに相当する画像信号を、直後にＡＤ変換処理される後続の露光素子電荷に対応する画像信号に時系列を合致させて結合して画像形成部に対して出力する画像調整処理を実行することにより、受光素子アレイからシフトレジスタへ電荷の転送を行っている間においてもＡＤ変換処理部を継続して駆動させることが可能となり、これによりＡＤ変換処理を中断して再起動することに起因する画像信号へのノイズの混入を防止しながら画像信号の出力を効率化して部品の画像読取りの高速化を実現することができる。

本発明の一実施の形態の部品実装装置の平面図本発明の一実施の形態の画像読取装置に用いられるラインセンサの構成説明図本発明の一実施の形態の画像読取装置に用いられるラインセンサの構成および機能説明図本発明の一実施の形態の画像読取装置の制御系の構成を示すブロック図本発明の一実施の形態の画像読取装置に用いられるラインセンサからの画像信号出力の説明図本発明の一実施の形態の画像読取方法における画像データ処理を示すタイムチャート本発明の一実施の形態の画像読取方法における画像データ処理を示すタイムチャート本発明の一実施の形態の画像読取方法における画像形成の説明図

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず図１を参照して本発明の画像読取装置が組み込まれた部品実装装置１の構成について説明する。図１において基台１ａの上面には基板搬送機構２がＸ方向（基板搬送方向）に配設されている。基板搬送機構２は上流側装置から供給された部品実装対象の基板３を搬送し、部品実装機構による部品搭載位置に位置決めして保持する。基板搬送機構２の両側には部品供給部４が配置されている。部品供給部４には複数のテープフィーダ５が並設されており、テープフィーダ５は実装対象の電子部品を保持したキャリアズテープをピッチ送りすることにより電子部品を部品実装機構によるピックアップ位置に供給する。

基台１ａのＸ方向の一端部には、リニア直動機構を備えたＹ軸移動テーブル６がＹ方向に配設されており、Ｙ軸移動テーブル６には同様にリニア直動機構を備えた２基のＸ軸移動テーブル７がＹ方向の移動自在に装着されている。それぞれのＸ軸移動テーブル７には複数の保持ヘッド９を備えた多連型の実装ヘッド８がＸ方向に移動自在に装着されている。Ｙ軸移動テーブル６、Ｘ軸移動テーブル７を駆動することにより実装ヘッド８は基板搬送機構２に位置決めされた基板３と部品供給部４との間を往復移動し、それぞれの保持ヘッド９の下端部に装着された吸着ノズル９ａ（図２参照）によって電子部品Ｐを取り出して基板３に移送搭載する。

基台１ａにおいてそれぞれの部品供給部４と基板搬送機構２との間には、ラインセンサ１０およびノズルストッカ１１が配設されている。ノズルストッカ１１は保持ヘッド９に装着される吸着ノズル９ａを複数の部品種について収納しており、実装ヘッド８をノズルストッカ１１にアクセスさせて所定のノズル交換動作を実行させることにより、保持ヘッド９における吸着ノズル９ａを部品種に応じて交換することができる。

図２（ａ）に示すように、電子部品Ｐを保持した実装ヘッド８をラインセンサ１０の上方でＸ方向（第１方向）に相対移動（矢印ａ）させることにより、ラインセンサ１０は電子部品Ｐの画像を下方から読み取り、これにより実装ヘッド８に保持された状態における電子部品Ｐの種類や形状が認識される。すなわち、ラインセンサ１０および後述する各要素は、部品実装装置１において画像読取り対象の電子部品Ｐを保持した実装ヘッド８を第１方向に相対移動させることにより、電子部品Ｐの画像を読み取る画像読取装置を構成する。

図２（ｂ）はラインセンサ１０の平面視を示しており、ラインセンサ１０の上面に設けられた撮像用スリットの下方には、いずれも細長形状の受光素子アレイ２０、シフトゲート２１、シフトレジスタ２２が並列してＸ方向と直交するＹ方向（第２方向）に設けられている。受光素子アレイ２０には撮像光を受光して電荷に変換する複数の受光素子２０ａが、またシフトレジスタ２２には受光素子２０ａから受け取った電荷を蓄積する蓄電素子２２ａがそれぞれ設けられており（図３参照）、受光素子２０ａから蓄電素子２２ａへの電荷の転送をシフトゲート２１を介して任意のタイミングにて行うことができるようになっている。受光素子アレイ２０には両端部の上方を覆って、遮光マスク板２３がマスク移動機構２４によって受光素子アレイ２０の長手方向に移動自在（矢印ｂ）に設けられている。

図３を参照して、上述構成のラインセンサ１０の機能を説明する。図３において受光素子アレイ２０には、複数の受光素子２０ａがＹ方向にライン状に配置されている。部品実装装置１による部品搭載動作おける電子部品Ｐの認識では、吸着ノズル９ａに電子部品Ｐを保持した保持ヘッド９がラインセンサ１０の上方でＸ方向に移動する走査動作を行うことにより、電子部品Ｐに対して照明装置により下方から照射される照明光の反射光、すなわち電子部品Ｐの撮像光が撮像用の光学系を介してラインセンサ１０に入射して、受光素子アレイ２０には電子部品Ｐの光学画像が結像される。なおここでは、照明装置、光学系の図示は省略している。そしてこの光学画像をこれらの受光素子２０ａに結像させることにより、各受光素子２０ａには電子部品Ｐの光学画像に応じた電荷が蓄積される。

受光素子アレイ２０の上方に位置する遮光マスク板２３は、上述の撮像光を部分的に遮光する機能を有している。遮光マスク板２３は、受光素子アレイ２０の長手方向の両端部にマスク移動機構２４（図２（ｂ））によってＹ方向に往復動自在に位置し、これにより受光素子アレイ２０を構成する受光素子２０ａのうち遮光マスク板２３によって覆われる受光素子２０ａへの撮像光の入射が遮光され、遮光マスク板２３によって覆われていない受光素子２０ａのみに撮像光が入射する。すなわち、遮光マスク板２３は受光素子アレイ２０を構成する受光素子２０ａのうち、受光素子アレイ２０の両端部側から連続する複数の受光素子２０ａより成る所定の遮光範囲Ｂへの光の入射を遮るとともに、遮光範囲Ｂ以外の露光範囲Ａに対応する受光素子２０ａへの光の入射を許容する遮光手段となっている。

ここで、マスク移動機構２４による遮光マスク板２３のＹ方向への進出位置を調整することにより、露光範囲Ａ、遮光範囲Ｂの大きさを任意に設定することが可能となっている。これにより、対象とする電子部品Ｐのサイズに応じて露光範囲Ａを適切に設定することができ、画像形成のために必要な画像信号のデータ量を削減して出力所要時間を短縮することができる。

シフトレジスタ２２は、受光素子アレイ２０における各受光素子２０ａと対応した複数の蓄電素子２２ａを、Ｙ方向（第２方向）にライン状に配置して構成されており、受光素子２０ａに蓄積された電荷であって、遮光範囲Ｂの受光素子２０ａに蓄積された遮光素子電荷および露光範囲Ａの受光素子２０ａに蓄積された露光素子電荷を含む受光電荷を、シフトゲート２１を介して各蓄電素子２２ａに受け取る機能を有している。シフトレジスタ２２の両端はそれぞれ出力部２５Ｒ、２５Ｌに接続されており、出力部２５Ｒ、２５Ｌは、シフトレジスタ２２の各蓄電素子２２ａに蓄積された受光電荷を、受光素子２０ａの配列順に画像信号として出力させる。

このとき、左側半分の蓄電素子２２ａ（Ｌ）、右側半分の蓄電素子２２ａ（Ｒ）に蓄積された蓄積された電荷が、それぞれ出力部２５Ｒ、２５Ｌから画像処理部４０（図４参照）に画像信号として出力される。電子部品Ｐの画像取込みに際しては、実装ヘッド８をＸ方向に相対移動させる走査動作においてラインセンサ１０による撮像が複数回反復して実行され、画像処理部４０はその都度出力部２５Ｒ、２５Ｌから順次出力される画像信号を受け取って、認識対象の電子部品Ｐの二次元画像を形成し、必要に応じてこの二次元画像を認識処理する機能を有している。

次に図４を参照して制御系の構成を説明する。ここでは部品実装装置１において、実装ヘッド８に保持された電子部品Ｐをラインセンサ１０によって撮像して認識処理を実行するために必要とされる機能についてのみ図示している。図４において、吸着ノズル９ａによって電子部品Ｐを保持して部品実装動作を行う実装ヘッド８の移動経路の下方には、前述構成のラインセンサ１０が配置されている。ラインセンサ１０のシフトレジスタ２２から両端部の出力部２５Ｒ、２５Ｌを介して出力される画像信号は、画像処理部４０に送られる。そしてここで電子部品Ｐの二次元画像を形成するためのデータ処理および電子部品Ｐの形状を認識する処理が実行される。

装置制御部５０は部品実装装置１の全体作業動作を制御する機能を有しており、記憶部５１に記憶された動作・処理プログラムや各種のデータに基づき、実装ヘッド８による部品実装動作やラインセンサ１０による画像取込み、画像処理部４０による各種処理を制御する。ラインセンサ１０、画像処理部４０の制御は、装置制御部５０が遮光範囲設定部５２、主走査制御部５３、副走査制御部５４、転送制御部５６、機構駆動部５７を制御することにより行われる。

機構駆動部５７は装置制御部５０に制御されて、実装ヘッド８や、実装ヘッド８を水平移動させるＹ軸移動テーブル６、Ｘ軸移動テーブル７、さらにはラインセンサ１０において遮光マスク板２３を水平移動させるためのマスク移動機構２４などの各機構を駆動する。現在位置検出部５８は、Ｙ軸移動テーブル６、Ｘ軸移動テーブル７に備えられたリニアエンコーダ６Ｅ，７Ｅから送られる検出パルス信号に基づいて、実装ヘッド８の現在位置を検出する処理を行う。現在位置検出結果は画像処理部４０、装置制御部５０に送られる。

転送制御部５６は、ラインセンサ１０においてシフトゲート２１を介して行われる受光素子アレイ２０からシフトレジスタ２２への受光電荷の転送の許否を制御する機能を有しており、以下に説明する主走査制御部５３の指令によりシフトゲート２１を制御する。主走査制御部５３は、主走査方向（Ｙ方向）の画像読取りにおける制御、すなわち受光素子アレイ２０の受光素子２０ａに撮像光が入射することによって蓄電した電荷をシフトレジスタ２２に転送する電荷転送タイミングの制御を、転送制御部５６を介して行う。言い換えると、主走査制御部５３は遮光範囲設定部５２に設定された遮光範囲Ｂに従って、受光素子アレイ２０からシフトレジスタ２２への電荷転送タイミング（図６に示すタイミングｔ２，ｔ６参照）を指示する信号の出力周期を変化させる。

遮光範囲設定部５２は、主走査制御部５３による電荷の転送タイミングの基となる遮光範囲Ｂを設定する処理を行う。すなわち記憶部５１には遮光範囲データ、すなわち遮光マスク板２３によって受光素子アレイ２０の上方を覆って遮光する範囲（図３、図５に示す遮光範囲Ｂ）を示すデータが、対象とする電子部品Ｐの部品種に応じて記憶されており、装置制御部５０がこれらのデータを読み出して遮光範囲設定部５２に遮光範囲設定処理を実行させて、主走査制御部５３に対して伝達させる。

副走査制御部５４は、主走査方向に直交する副走査方向（Ｘ方向）に実装ヘッド８が移動してラインセンサ１０に対して相対移動する副走査動作において、画像処理部４０が画像処理を実行する実行タイミングを制御する。この副走査制御においては、現在位置検出部５８から画像処理部４０、装置制御部５０に伝達された実装ヘッド８の現在位置検出結果が参照され、装置制御部５０は機構駆動部５７を介して実装ヘッド８のＸ方向への移動を制御する。タイミング発生部５５はクロック回路であり、ラインセンサ１０，主走査制御部５３、副走査制御部５４に対して共通の時系列に基づく動作タイミングを発生するためのクロック信号を伝達する。

次に、画像処理部４０を構成する各部の機能について説明する。画像処理部４０は、ＡＤ変換処理部４１、画像調整処理部４２、画像形成部４３、認識処理部４４を備えている。画像処理部４０に送られた画像信号は、まずＡＤ変換処理部４１によるＡＤ変換処理の対象となり、ラインセンサ１０によって出力されたアナログの画像信号がデジタル信号に変換される。ＡＤ変換後の画像信号は、画像形成部４３に送られる。画像形成部４３は、ＡＤ変換処理された画像信号に基づいて、受光素子アレイ２０の露光範囲Ａに対応した一次元画像を取得し、次いで取得されたこれらの一次元画像を並列させることにより、電子部品Ｐの二次元画像を形成する処理を行う。認識処理部４４は、形成された二次元画像を認識処理することにより、電子部品Ｐの形状を認識する処理を行う。

ここで画像形成部４３による画像形成に際しては、画像調整処理部４２は以下の調整処理を行う。すなわち画像調整処理部４２はＡＤ変換処理部４１の駆動状態を制御して、受光素子アレイ２０からシフトレジスタ２２へ電荷の転送を行っている間においても継続して駆動させるとともに、ＡＤ変換処理後の露光素子電荷に対応する画像信号３０ａについて、ＡＤ変換処理に伴って生じる応答遅れに相当する画像信号３０ａ＊を、直後にＡＤ変換処理される後続の露光素子電荷に対応する画像信号３０ａに時系列を合致させて結合して、画像形成部４３に対して出力させる。画像調整処理部４２による調整処理機能については、図６に示すタイムチャートにて詳述する。

上記構成において、ラインセンサ１０、画像処理部４０、遮光範囲設定部５２、主走査制御部５３、副走査制御部５４、タイミング発生部５５および転送制御部５６は、基板３に電子部品を実装する部品実装装置１において、画像読取り対象の電子部品Ｐを保持した実装ヘッド８を第１方向に相対移動させることにより、電子部品Ｐの画像を読み取る画像読取装置を構成する。

次に図５を参照して、ラインセンサ１０からの画像信号の出力およびラインセンサ１０における受光素子アレイ２０からシフトレジスタ２２への電荷の転送機能について説明する。図５（ａ）に示すように、受光素子アレイ２０は、両端部を遮光マスク板２３によって覆われており、受光素子アレイ２０において遮光マスク板２３によって覆われていない露光範囲Ａに属する受光素子２０ａのみに、撮像光の電荷（露光素子電荷）が蓄積される。ここでは画像読取に際しての最初のラインの一次元画像に相当する露光素子電荷が蓄積される。

転送制御部５６によってシフトゲート２１を制御して受光素子アレイ２０からシフトレジスタ２２に電荷の転送を行わせる（矢印ｄ）ことにより、シフトレジスタ２２には、露光範囲Ａに属する受光素子２０ａから転送された露光素子電荷が蓄電素子２２ａに蓄電された画像信号３０ａ、遮光範囲Ｂに属する受光素子２０ａから転送された遮光素子電荷が蓄電素子２２ａに蓄電された画像信号３０ｂが形成される。ここで画像信号３０ａは有効な画像データを含み画像形成に用いられる有効画像信号であり、画像信号３０ｂは有効な画像データを含まず棄却される無効画像信号である。そしてこれらの画像信号のシフトレジスタ２２の両端からの出力が、主走査制御部５３から指令される出力タイミング（図６に示すタイミングｔ１，ｔ５参照）にしたがって開始される。

図５（ｂ）は、画像信号出力中の状態を示している。すなわちシフトレジスタ２２の蓄電素子２２ａに蓄積された電荷が順次両端部へ向かって転送されながら出力部２５Ｒ，２５Ｌから出力されることにより、シフトレジスタ２２の中央部の蓄電素子２２ａは電荷の蓄積のない空状態となり、新たな露光素子電荷を受け入れることが可能となる。そしてこの空の蓄電素子２２ａの範囲が、図５（ｃ）に示すように、露光範囲Ａに対応する範囲を超えたならば、すなわち順次出力される蓄電素子２２ａの素子数をカウントする過程において、カウント値が露光範囲Ａに属する受光素子２０ａの数の１／２を超えて予め設定された規定値（図６に示す画像信号３０ａ１に相当する素子数）に達したならば、画像信号の出力を一旦停止させる（図６に示すタイミングｔ２，ｔ６参照）。そしてタイミングにて、次のラインの一次元画像に相当する露光素子電荷の受光素子アレイ２０からシフトレジスタ２２への転送が実行される。

すなわち図５（ｄ）に示すように、転送制御部５６から電荷転送指令をシフトゲート２１に出力することにより、受光素子アレイ２０からシフトレジスタ２２に電荷の転送を行わせる（矢印ｇ）。これにより、シフトレジスタ２２において露光範囲Ａに対応する蓄電素子２２ａには、第２ラインに対応する新たな露光素子電荷が蓄電される。そしてシフトレジスタ２２において遮光範囲Ｂに対応する蓄電素子２２ａにおいては、図５（ｅ）に示すように、遮光素子電荷である画像信号３０ｂによって既存の電荷が上書きされる。

ここで転送制御部５６は、シフトゲート２１を介しての受光素子アレイ２０からシフトレジスタ２２への受光電荷の転送を許可するタイミングを、露光範囲Ａの大きさに基づいて制御する。これにより、出力部２５Ｒ，２５Ｌからの画像信号の出力実行中において、露光素子電荷の画像信号３０ａ１がシフトレジスタ２２の露光範囲Ａに対応する蓄電素子２２ａから出力された後のタイミングにおいて、受光素子アレイ２０の各受光素子２０ａに蓄電された電荷によってシフトレジスタ２２の各蓄電素子２２ａの電荷を上書きする処理が実行される。

この上書き処理において、画像信号３０ｂは画像信号として無効なデフォルト値の電荷よりなることから、遮光範囲Ｂに対応する蓄電素子２２ａの既存の電荷、すなわち画像信号の出力を一旦停止させた時点において未出力のまま残留している露光素子電荷（図６に示す画像信号３０ａ２）と画像信号３０ｂの遮光素子電荷とが混合されても、画像信号３０ａ２が攪乱されることがない。

そしてこの後、残留している露光素子電荷分の画像信号３０ａ２が出力されたことをカウント値によって確認することにより、最初のラインの一次元画像の画像信号出力が完了する。すなわちここでは１つのラインの一次元画像の画像信号の出力が完了する前に、ラインセンサ１０において次のラインの一次元画像の画像信号の受光素子アレイ２０からシフトレジスタ２２への転送を実行するようにしている。

次に図６を参照して、ラインセンサ１０から出力される画像信号を対象として、画像処理部４０のＡＤ変換処理部４１、画像調整処理部４２によって実行される画像データ処理について説明する。図６は、ラインセンサ１０から出力される画像信号が画像形成部４３に対して出力されるまでの、ラインセンサ１０、画像形成部４３、画像調整処理部４２の状態および処理内容を、時系列的にタイムチャートで表したものである。タイミング枠６０は、ラインセンサ１０から出力される画像信号を取り込むタイミングを示している。ここでは２ライン分の一次元画像を取得するまでのタイミングを、ラインセンサ出力枠６１に示すラインセンサ１０から出力される画像信号の取込みと関連づけて示しており、これらのタイミングはタイミング発生部５５からのクロック信号と同期している。

すなわち、最初の第１ラインを構成する画像信号のうち先に取り込まれる画像信号３０ａ１はタイミングｔ１〜タイミングｔ２の間に出力され、タイミングｔ２〜タイミングｔ３の間に実行される電荷の転送が完了した後、タイミングｔ３にて第１ラインを構成する残余の画像信号３０ａ２の出力が開始される。そして次の第２ラインを構成する画像信号のうちの画像信号３０ａ１はタイミングｔ５〜タイミングｔ６の間に出力され、タイミングｔ６〜タイミングｔ７の間に実行される電荷の転送が完了した後、タイミングｔ７にて第２ラインを構成する残余の画像信号３０ａ２が出力される。これらのタイミングの指令は、タイミングｔ１，ｔ５については副走査制御部５４の制御機能により、またタイミングｔ２，ｔ３，ｔ６，ｔ７については主走査制御部５３の制御機能によって指令される。

ＡＤ変換処理部枠６２は、ＡＤ変換処理部４１の駆動状態を指令する駆動パルスのＯＮ−ＯＦＦ状態を示すものであり、ここでは画像調整処理部４２の機能によって、全てのタイミングにおいて駆動パルスはＯＮ状態に設定され、ＡＤ変換処理部４１が継続的に作動するようになっている。このように、ＡＤ変換処理部４１を継続的に作動させることにより、ＡＤ変換処理部４１を画像信号の転送に伴って一旦停止させる方式を採用する場合に生じる不具合、すなわちＡＤ変換処理部４１の再起動時に生じる立ち上げ応答遅れに起因する画像ノイズの発生を防止して、安定した画像信号を取得することができるという利点がある。

ＡＤ変換処理部枠６３は、ＡＤ変換処理部４１の保持機能によって保持されている画像信号を示している。ここでは、ラインセンサ出力枠６１に示す画像信号のタイミングにしたがって画像信号３０ａ１、画像信号３０ａ２が保持されるとともに、タイミングｔ２〜タイミングｔ３、タイミングｔ６〜タイミングｔ７の間では遮光素子電荷に相当する無効画像信号である画像信号３０ｂが保持されている。ＡＤ変換処理部枠６４は、ＡＤ変換処理部４１に保持された画像信号が出力されるタイミングを示している。ここでＡＤ変換処理部４１の特性として、受け取った信号をＡＤ変換して出力する際には出力遅れがあり、固有の遅延時間δｔの後に変換信号が出力される。このため、電荷の転送のために画像信号の出力が一旦停止されるタイミングｔ２，ｔ６においては、この遅延時間δｔに相当する画像信号３０ａ＊が後落し、不要な画像信号として棄却されることとなる。さらに、電荷の転送が完了して画像信号の出力を開始するタイミングｔ３，ｔ７においては、この逆に本来不要な画像信号３０ｂが遅延時間δｔに相当する分だけ取り込まれることとなる。

このような不都合を防止するため、本実施の形態では画像調整処理部４２によって画像調整処理部枠６５に示す画像信号結合処理を実行する。この画像信号結合処理においては、ＡＤ変換処理部枠６２に示すように、ＡＤ変換処理部４１を制御して受光素子アレイ２０からシフトレジスタ２２へ電荷の転送を行っている間においてもＡＤ変換処理部４１を停止させることなく継続して駆動させる。これとともに、ＡＤ変換処理後の露光素子電荷に対応する画像信号３０ａ１について、ＡＤ変換処理に伴う応答遅れにより生じる遅延時間δｔに相当する画像信号３０ａ＊を、直後にＡＤ変換処理される後続の露光素子電荷に対応する画像信号３０ａ２に時系列を合致させて結合する（矢印ｉ）。そして画像形成部枠６６に示すように、画像信号３０ａ１と画像信号３０ａ＊が結合された画像信号３０ａ２とによって構成される１／２ライン一次元画像３１が、画像形成部４３に対して出力される。

次に図７を参照して、画像形成部４３によって実行される画像形成処理および認識処理部４４によって実行される画像認識処理について説明する。図７（ａ）は、図６に示す画像データ処理の結果、画像形成部４３に対して出力される画像信号を示している。すなわち、シフトレジスタ２２の両端から出力部２５Ｒ、２５Ｌによって出力される画像信号は、上述のように画像信号３０ａ１と画像信号３０ａ＊が付加された画像信号３０ａ２より構成される１／２ライン一次元画像３１であり、これら２つの１／２ライン一次元画像３１を受光素子アレイ２０における配列位置に対応させてライン方向に突き合わせることにより、単一のフルライン一次元画像３２が形成される。

次いで図７（ｂ）に示すように、このフルライン一次元画像３２を副走査方向に画像取り込み順に順次並列させて結合することにより、図７（ｃ）に示す単一の二次元画像３３が形成される。そしてこのようにして得られた二次元画像３３を認識処理部４４によって認識処理することにより、図７（ｄ）に示すように、背景画像３３ａ中に実装ヘッド８に保持された状態における電子部品Ｐの形状を示す部品画像３３ｂが顕れた認識画像が取得される。この認識結果は装置制御部５０に送られ、実装ヘッド８による電子部品Ｐの基板３への実装に際しては、この認識画像によって求められた電子部品Ｐの位置ずれ検出結果にしたがって搭載位置の補正が装置制御部５０によって行われる。

なお上記実施の形態においては、図６に示す画像データ処理において、画像調整処理部４２によって画像信号結合処理を用いる例を示したが、これに替えて図８に示すタイミング修正処理を実行するようにしてもよい。図８において、ラインセンサ出力枠６１〜ＡＤ変換処理部枠６４は、図６において示すラインセンサ出力枠６１〜ＡＤ変換処理部枠６４と同様である。そして画像調整処理部枠６５Ａにおいては、画像信号３０ａ１、画像信号３０ａ２を画像形成部４３に対して出力するタイミングを、当初のタイミングｔ１，ｔ３，ｔ５，ｔ７から、ＡＤ変換処理部４１によるＡＤ変換処理に伴って生じる応答遅れδｔに相当する遅延時間δｔだけ遅らせた修正タイミングを設定する。そして画像形成部枠６６においては、新たに設定された修正タイミングに基づき、画像信号３０ａ１と画像信号３０ａ２とによって構成される１／２ライン一次元画像３１を画像形成部４３に対して出力させる。

上記説明したように、本実施の形態に示す部品実装装置における画像読取では、ラインセンサ１０から出力された画像信号をＡＤ変換処理後に画像形成部４３に出力するに際し、ＡＤ変換処理部４１を電荷の転送を行っている間においても継続して駆動させるとともに、ＡＤ変換処理後の露光素子電荷に対応する画像信号３０ａ１についてＡＤ変換処理に伴って生じる応答遅れδｔに相当する画像信号３０ａ＊を、直後にＡＤ変換処理される後続の露光素子電荷に対応する画像信号３０ａ２に時系列を合致させて結合して画像形成部４３に対して出力する画像信号結合処理による画像調整処理、またはＡＤ変換処理に伴って生じる応答遅れδｔに相当する遅延時間だけ遅らせて画像形成部４３に対して出力するタイミング修正処理を実行するようにしている。

これにより、受光素子アレイ２０からシフトレジスタ２２へ電荷の転送を行っている間においてもＡＤ変換処理部４１を継続して駆動させることが可能となり、これによりＡＤ変換処理を中断して再起動することに起因する画像信号へのノイズの混入を防止しながら画像信号の出力を効率化して、部品の画像読取りの高速化を実現することができる

本発明の部品実装装置における部品実装装置における画像読取装置および画像読取方法は、画像信号へのノイズの混入を生じることなく画像信号の出力を効率化して、部品の画像読取りの高速化を実現することができるという効果を有し、基板に電子部品を実装して実装基板を製造する分野に利用可能である。

１部品実装装置
３基板
８実装ヘッド
１０ラインセンサ
２０受光素子アレイ
２０ａ受光素子
２１シフトゲート
２２シフトレジスタ
２２ａ蓄電素子
２３遮光マスク板
２５Ｒ，２５Ｌ出力部
３１１／２ライン一次元画像
３２フルライン一次元画像
３３二次元画像
Ａ露光範囲
Ｂ遮光範囲
δｔ遅延時間
Ｐ電子部品

Claims

基板に電子部品を実装する部品実装装置において、画像読取り対象の部品を保持した実装ヘッドを第１方向に相対移動させることにより、前記部品の画像を読み取る画像読取装置であって、
複数の受光素子が前記第１方向と直交する第２方向にライン状に配置され、前記部品の光学画像をこれらの受光素子に結像させることにより各受光素子に前記光学画像に応じた電荷が蓄積される受光素子アレイと、
前記受光素子のうち前記受光素子アレイの両端部側から連続する複数の受光素子より成る所定の遮光範囲への光の入射を遮るとともに、前記遮光範囲以外の露光範囲に対応する受光素子への光の入射を許容する遮光手段と、
前記受光素子アレイにおける各受光素子と対応した複数の蓄電素子を第２方向にライン状に配置して構成され、前記受光素子に蓄積された電荷であって、前記遮光範囲の受光素子に蓄積された遮光素子電荷および前記露光範囲の受光素子に蓄積された露光素子電荷を含む受光電荷をシフトゲートを介して前記各蓄電素子に受け取るシフトレジスタと、
前記シフトレジスタから前記受光電荷を画像信号として前記受光素子の配列順に出力させる出力部と、
前記第１方向への相対移動において前記出力部から順次出力される前記画像信号を受け取って前記部品の二次元画像を形成する画像処理部と、
前記シフトゲートを介しての前記受光電荷の転送を許可するタイミングを前記露光範囲の大きさに基づいて制御することにより、前記出力部からの画像信号の出力実行中において、前記露光素子電荷の画像信号が前記シフトレジスタの前記露光範囲に対応する蓄電素子から出力された後のタイミングにおいて、前記受光素子アレイの各受光素子に蓄電された電荷によって前記シフトレジスタの各蓄電素子を上書きする転送制御部とを備え、
前記画像処理部は、前記出力された画像信号をＡＤ変換するＡＤ変換処理部と、ＡＤ変換処理された画像信号に基づいて前記受光素子アレイの露光範囲に対応した一次元画像を取得し、次いで取得されたこれらの一次元画像を並列させることにより前記二次元画像を形成する画像形成部と、
前記ＡＤ変換処理部の駆動状態を制御して、前記受光素子アレイからシフトレジスタへ前記電荷の転送を行っている間においても継続して駆動させるとともに、前記ＡＤ変換処理後の前記露光素子電荷に対応する画像信号について、前記ＡＤ変換処理に伴って生じる応答遅れに相当する画像信号を、直後にＡＤ変換処理される後続の露光素子電荷に対応する画像信号に時系列を合致させて結合して前記画像形成部に対して出力させる画像調整処理部とを備えたことを特徴とする部品実装装置における画像読取装置。
基板に電子部品を実装する部品実装装置において、画像読取り対象の部品を保持した実装ヘッドを画像読取装置に対して第１方向に相対移動させることにより、前記部品の画像を読み取る画像読取方法であって、
前記画像読取装置は、複数の受光素子が前記第１方向と直交する第２方向にライン状に配置され、前記部品の光学画像をこれらの受光素子に結像させることにより各受光素子に前記光学画像に応じた電荷が蓄積される受光素子アレイと、
前記受光素子のうち前記受光素子アレイの両端部側から連続する複数の受光素子より成る所定の遮光範囲への光の入射を遮るとともに、前記遮光範囲以外の露光範囲に対応する受光素子への光の入射を許容する遮光手段と、
前記受光素子アレイにおける各受光素子と対応した複数の蓄電素子を第２方向にライン状に配置して構成され、前記受光素子に蓄積された電荷であって、前記遮光範囲の受光素子に蓄積された遮光素子電荷および前記露光範囲の受光素子に蓄積された露光素子電荷を含む受光電荷をシフトゲートを介して前記各蓄電素子に受け取るシフトレジスタと、
前記シフトレジスタから前記受光電荷を画像信号として前記受光素子の配列順に出力させる出力部と、
前記第１方向への相対移動において前記出力部から順次出力される前記画像信号を受け取って前記部品の二次元画像を形成する画像処理部と、
前記シフトゲートを介しての前記受光電荷の転送を許可するタイミングを前記露光範囲の大きさに基づいて制御することにより、前記出力部からの画像信号の出力実行中において、前記露光素子電荷の画像信号が前記シフトレジスタの前記露光範囲に対応する蓄電素子から出力された後のタイミングにおいて、前記受光素子アレイの各受光素子に蓄電された電荷によって前記シフトレジスタの各蓄電素子を上書きする転送制御部とを備え、
さらに前記画像処理部は、前記出力された画像信号をＡＤ変換するＡＤ変換処理部と、ＡＤ変換処理された画像信号に基づいて前記受光素子アレイの前記露光範囲に対応した一次元画像を取得し、次いで取得された複数の一次元画像を並列させることにより前記二次元画像を形成する画像形成部とを有して構成され、
前記ＡＤ変換処理部を制御して、前記受光素子アレイからシフトレジスタへ前記電荷の転送を行っている間においても継続して駆動させるとともに、前記ＡＤ変換処理後の前記露光素子電荷に対応する画像信号について、前記ＡＤ変換処理に伴って生じる応答遅れに相当する画像信号を、直後にＡＤ変換処理される後続の露光素子電荷に対応する画像信号に時系列を合致させて結合して前記画像形成部に対して出力させることを特徴とする部品実装装置における画像読取方法。