JP5386382B2 - 搭載カメラのチェック機能を有する電子部品装着装置 - Google Patents

Description

本発明は、電子部品装着装置に搭載するカメラの設定をチェックする方法に係り、特に、電子部品装着装置に搭載する部品認識カメラ、基板認識カメラを動作させるためのソフトウェア設定の誤りをチェックするのに好適な方法に関する。

プリント基板に電子部品を搭載する電子部品装着装置においては、搭載部品を部品供給ユニットから、装着ヘッドに搭載された吸着ノズルにより吸い出し、装着ヘッドをプリント基板上に移動させ、その後、装着ヘッドをプリント基板に下降させて、電子部品を搭載する手法が知られている。

この際に、装着ヘッドは部品認識カメラの上を通過して撮像されることによって、吸着ノズルにおける部品の位置や吸い出された部品の種類を認識する認識処理がなされる。また、装着ヘッドにも基板認識カメラが設置されており、プリント基板に施された位置決めマークを撮像して、それからの位置決めマークの位置を認識処理をする。このように、部品認識カメラによる撮像結果の認識処理と基板認識カメラによる認識処理の結果によって、プリント基板に搭載する部品の種類を誤ることなく、その部品の搭載するプリント基板の位置の正当性も確保している。

特許文献１には、このような部品認識カメラを用いた電子部品装着装置において、部品認識カメラから撮像した画像により部品の吸着状態をモニタに表示させる技術が開示されている。また、特許文献２には、部品認識カメラの撮像結果による認識処理により、異常な部品を自動的に廃棄する技術が開示されている。

さらに、特許文献３には、モニタの一画面に収まらないときに、基板認識カメラによりプリント基板のパターンを分割して撮像する技術が開示されている。

特開２００９−２３９０１０号公報 特開２００６−２１０７２２号公報 特開２００７−１２６５１号公報

上記のように、電子部品装着装置には、部品認識カメラや基板認識カメラのように複数のカメラが搭載され、画像認識技術を用いることにより、部品の搭載の位置の正確性や部品の種類の正当性を担保している。

しかしながら、電子部品装着装置に搭載する部品認識カメラや基板認識カメラでは、二社購買や生産終了などの理由で、同じ電子部品装着装置に複数の種類のカメラを使用するケースがある。そのときに、搭載するカメラが完全互換であれば問題ないが、完全互換でないケースがほとんどである。その場合に、カメラの取り付け時に、設定ファイルを記述するなどのソフト的なスイッチ手段により、搭載されるカメラのドライバーソフトウェアを切り替えていた。製品出荷時には、設定ミスなどは、比較的少ないと考えられるが、故障による交換などのフィールドワークにより、カメラの交換をおこなうときには、設定ファイルを記述ミスや記述忘れなどの原因により、部品認識カメラや基板認識カメラなどの電子部品装着装置に搭載するカメラが正常に画像を取り込めないケースがあった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、その目的は、電子部品装着装置に搭載するカメラでチェックをおこないドライバソフトウェアのミスマッチなどをチェックして、設定ファイルを記述するなどのソフト的なスイッチ手段の設定ミスを防止できるようなカメラのチェック方法を提供することにある。

ＣＰＵと、メモリと、画像取込みインターフェースとを備える画像認識処理装置を有する電子部品装着装置に搭載する搭載カメラ(部品認識カメラ、基板認識カメラ)のチェック方法において、画像取込みインターフェースを介して、搭載するカメラから画像を取込みメモリに格納して、ＣＰＵが、カメラチェックプログラムを実行して、メモリに取込んだ画像をチェックし、画像に異常があるか否かを判定する。そして、画像に異常があると判定したときには、モニタに、その画像を撮像したカメラに異常がある旨の画面を表示する。チェックする際には、撮像した画像の画像端におけるピクセルの階調を調べて、画像端におけるピクセルの階調で黒に近いものが連続するパターンがあるか否かを調べることにより、垂直同期・水平同期に異常があるか否かをチェックする。これにより、カメラが動作するためのドライバソフトウェアの設定が誤っていないかをチェックすることができる。

本発明によれば、電子部品装着装置に搭載するカメラでチェックをおこないドライバソフトウェアのミスマッチなどをチェックして、設定ファイルを記述するなどのソフト的なスイッチ手段の設定ミスを防止できるようなカメラのチェック方法を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る電子部品装着装置の上面図である。 本発明の一実施形態に係る電子部品装着装置のブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電子部品装着装置の画像認識処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る電子部品装着装置の画像認識処理装置のソフトウェア構成を示すブロック図である。 搭載カメラの設定ファイルの一例を示す図である。 本発明の一実施形態に係る電子部品装着装置に搭載するカメラのパラメタ教示の手順を示すフローチャートである(その一)。 本発明の一実施形態に係る電子部品装着装置に搭載するカメラのパラメタ教示の手順を示すフローチャートである(その二) カメラが撮像した画像の正常時の様子と異常時の様子を対比して示した図である。 メインテナンス画面を示す図である。 パラメタ教示画面を示す図である。 カメラの設定に異常があることを表示する画面を示す図である。

以下、図１ないし図１０を用いて本発明の一実施形態に係る電子部品装着装置の搭載カメラのチェック方法について説明する。
先ず、図１および図２を用いて電子部品装着装置の構造について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電子部品装着装置の上面図である。
図２は、本発明の一実施形態に係る電子部品装着装置のブロック図である。

図１に示されるように、本実施形態に係る電子部品装着装置は、基台２上に、種々の電子部品をそれぞれその部品取出し部（部品吸着位置）に１個ずつ供給する部品供給ユニット３が複数並設されている。対向する部品供給ユニット３群の間には、供給コンベア４、位置決め部５および排出コンベア６が設けられている。供給コンベア４は、上流側装置より受けたプリント基板Ｐを位置決め部５に搬送し、位置決め部５で位置決め機構(図示せず)により位置決め固定されたプリント基板Ｐ上に電子部品が装着された後、排出コンベア６に搬送される。

一対のビーム８Ａ、８Ｂは、Ｘ方向に長く伸ばされており、それぞれＹ軸モータ９の駆動によりネジ軸１０を回転させ、左右一対のガイド１１に沿ってプリント基板Ｐや部品供給ユニット３の部品取出し位置（部品吸着位置）上方を個別にＹ方向に移動する。

各ビーム８Ａ、８Ｂにはその長手方向、すなわちＸ方向にＸ軸モータ１２によりガイド(図示せず)に沿って移動する取付体７Ａに装着ヘッド７Ｂがそれぞれθ軸モータ１４により回動可能に設けられている。各装着ヘッド７Ｂには、６本の吸着ノズルの任意のものを上下動させるための上下軸モータ１３が搭載され、また、θ軸モータ１４が搭載されている。したがって、装着ヘッド７Ｂの各吸着ノズルは、Ｘ方向およびＹ方向（平面方向）に移動可能であり、垂直線回りに回転可能で、かつ上下動可能となっている。

部品認識カメラ１６は、吸着ノズルに吸着保持された電子部品を下方向から撮像するカメラである。

基板認識カメラ１８は、装着ヘッド７Ｂに取り付けられており、プリント基板Ｐに付された位置決めマークを撮像するカメラである
また、本実施形態の電子部品装着装置の機能ブロックを示すと、図２に示さるようになる。電子部品装着装置１の各部は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）３０の指示を受け、制御される。そして、この制御に係るプログラムを格納するＲＯＭ（Read Only Memory）３１および各種データを格納するＲＡＭ（Random Access Memory）３２がバスライン３３を介して接続されている。また、ＣＰＵ３０には操作画面等を表示するモニタ３４およびそのモニタ３４の表示画面に形成された入力手段としてのタッチパネルスイッチ３５がインターフェース３６を介して接続されている。また、Ｙ軸モータ９、Ｘ軸モータ１２、上下軸モータ１３、θ軸モータ１４が駆動回路３８、インターフェース３６を介してＣＰＵ３０に接続されている。

ＲＡＭ３２には、部品装着に係るプリント基板Ｐの種類毎に装着データが記憶されており、その装着順序毎（ステップ番号毎）に、プリント基板Ｐ内での各電子部品の装着座標のＸ方向、Ｙ方向および角度情報や、各部品供給ユニット３の配置番号情報等が格納されている。また、ＲＡＭ３２には、各部品供給ユニット３の部品供給ユニット配置番号に対応した各電子部品の種類の情報、部品配置データが格納されており、さらには、形状データ・認識データ・制御データ・部品供給データから成る部品ライブラリデータが格納されている。すなわち、この部品ライブラリデータとして、この部品ＩＤ毎に電子部品の特徴を表す電子部品のＸ方向、Ｙ方向の長さ、厚さ情報等のデータや使用吸着ノズルのノズルＩＤに関するデータ等が格納されている。また、ＲＡＭ３２には、電子部品装着装置の管理データなども格納されている。

画像認識処理装置３７は、インターフェース３６を介して、ＣＰＵ３０に接続されるており、部品認識カメラ１６により撮像して取込まれた画像の認識処理がこの画像認識処理装置３７にておこなわれ、ＣＰＵ３０に処理結果が送出される。すなわち、ＣＰＵ３０は、部品認識カメラ１６により撮像された画像を認識処理（位置ずれ量の算出など）するように指示を画像認識処理装置３７に出力すると共に、認識処理結果を画像認識処理装置３７から受取るものである。

次に、本実施形態に係る電子部品装着装置の部品の装着動作の概要について説明する。

先ず、プリント基板Ｐの生産運転が開始され、プリント基板Ｐが上流側装置（図示せず）より受継がれて供給コンベア４上に存在すると、供給コンベア４上のプリント基板Ｐを位置決め部５へ移動させ、位置決め固定する。そして、ＲＡＭ３２に格納された装着データ、すなわちプリント基板Ｐ上の装着すべきＸＹ座標位置、鉛直軸線回りへの回転角度位置およびＦＤＲ番号（各部品供給ユニット３の配置番号）等が指定された装着データに従い、Ｙ方向は、Ｙ軸モータ９を駆動させて一対のガイド１１に沿って、ビーム８Ａまたは８Ｂを移動させ、Ｘ方向は、Ｘ軸モータ１２を駆動させて対応する装着ヘッド７Ｂの吸着ノズルのいずれかを装着すべき電子部品を所定の部品供給ユニット３上方に移動させ、上下軸モータ１３を駆動させて吸着ノズルを下降させて電子部品を吸着して取出すことになる。

さらに、部品認識カメラ１６上方に吸着ノズルを移動させながら吸着保持された電子部品を撮像（フライ撮像）して画像認識処理装置３７で認識処理し、また、ビーム８Ａまたは８Ｂをプリント基板Ｐ上方へ移動させてプリント基板Ｐに付された位置決めマークを基板認識カメラ１８で撮像して画像認識処理装置３７で位置ずれ量を認識処理し、それらの結果に基づき、再び基板Ｐの装着位置上方へ移動させて吸着ノズルが装着データの装着座標に両認識結果を加味して位置ずれを補正しつつ、それぞれ当該装着ヘッド７Ｂの吸着ノズルに吸着保持された全電子部品をプリント基板Ｐ上に装着する。

このようにして、１枚のプリント基板Ｐ上へ装着すべき電子部品を全て終了するまで、電子部品の取出し、認識、装着が繰り返され、全て終了すると、位置決め部５から排出コンベア６にプリント基板Ｐが搬送され、１枚目のプリント基板Ｐの電子部品装着に係る生産が終了し、２枚目のプリント基板Ｐに対する生産がおこなわれることになる。

次に、図３および図４を用いて本発明の一実施形態に係る電子部品装着装置の画像認識処理装置のハードウェア構成とソフトウェア構成の詳細について説明する。
図３は、本発明の一実施形態に係る電子部品装着装置の画像認識処理装置のハードウェア構成を示すブロック図である。
図４は、本発明の一実施形態に係る電子部品装着装置の画像認識処理装置のソフトウェア構成を示すブロック図である。
図５は、搭載カメラの設定ファイルの一例を示す図である。

画像認識処理装置３７は、図３に示されるように、ＣＰＵ３０１、メインメモリ３０２、補助記憶インターフェース３０３、画像取込みインターフェース３０４がバス３００を介して接続された構成である。

ＣＰＵ３０１は、各部に指示を与え、メインメモリ３０２上にロードされたプログラムを実行する。メインメモリは、補助記憶装置３１０からロードされたプログラムと、ワークデータを保持する。

補助記憶装置インターフェース３０３には、補助記憶装置３１０が接続される。補助記憶装置３１０は、大容量のＨＤＤ(Hard Disk Drive)やＳＳＤ(Solid State Drive)などの記憶装置であり、カメラより取り込んだ画像やＣＰＵ３０１で実行されるプログラムが格納される。

画像取込みインターフェース３０４には、部品認識カメラ１６ａ，１６ｂと基板認識カメラ１８ａ，１８ｂが接続され、ＣＰＵ３０１からの指示を伝えて、各々のカメラで撮像された画像を取り込むためのインターフェースである。

ＣＰＵ３０１で実行されるプログラムは、図４に示されるようなソフトウェア構成をとる。図４において、上位レイヤのソフトウェアが下位レイヤのソフトウェアの機能を使う構成になっている。

ＯＳ(Operating System)４００は、例えば、Ｗｉｎｄｏｗｓ(登録商標) ＸＰであり、ハードウェアとプログラムを仲立ちとなり、メモリ管理やタスク制御などをおこなう。画像処理ライブラリ４１０は、画像処理をおこなうモジュール群である。カメラドライバソフトウェア４２０は、部品認識カメラ１６と基板認識カメラ１８を動作させるためのソフトウェアである。

アプリケーションソフトウェア４３０は、一般の応用プログラムであるが、本実施形態では、特に、アプリケーションソフトウェア４３０には、カメラ制御プログラム４３１、カメラチェックプログラム４３２、画像認識プログラム４３３が含まれる。

カメラ制御プログラム４３１は、各々のカメラに指示を与え、撮像した画像の取り込みをおこなうプログラムである。

電子部品装着装置１の装置起動時に、カメラ制御プログラム４３１等と共にカメラドライバソフトウェア４２０はロードされる。このとき、図５に示された設定ファイル５００を参照して、補助記憶装置３１０に保持されているカメラドライバソフトウェア４２０がロードされる。

設定ファイル５００には、行ごとに、電子部品装着装置１での基板認識カメラ１８ａ，１８ｂと部品認識カメラ１６ａ，１６ｂの位置を表す位置ＩＤ５０１と、カメラの機種を示す機種ＩＤ５０２が対になって記述されている。このように、カメラドライバソフトウェア４２０をカメラに応じてロードすることにより、カメラの機種を変更した場合でもカメラ制御プログラム４３１を変更することなくカメラの撮像画像の取込等を実行することができる。

カメラチェックプログラム４３２は、本実施形態のカメラのチェックをおこないプログラムである。すなわち、ロードされているカメラドライバソフトウェア４２０がカメラ機種と一致（対応）しているかを確認する。

画像認識プログラム４３３は、取込んだ画像の認識をおこなうプログラムである。

次に、図６Ａないし図１０を用いて本発明の一実施形態に係る電子部品装着装置に搭載するカメラのチェック動作について説明する。
図６Ａおよび図６Ｂは、本発明の一実施形態に係る電子部品装着装置に搭載するカメラのパラメタ教示の動作の手順を示すフローチャートである。
図７は、カメラが撮像した画像の正常時の様子と異常時の様子を対比して示した図である。
図８は、メインテナンス画面を示す図である。
図９は、パラメタ教示画面を示す図である。
図１０は、カメラの設定に異常があることを表示する画面を示す図である。

電子部品装着装置に搭載するカメラのチェック動作は、ＣＰＵ３０１が、図４に示したカメラチェックプログラムを実行することにより実現される。カメラのチェック動作がおこなわれのは、部品認識カメラ１６または基板認識カメラ１８のメインテナンスでそれらのカメラのパラメタを作業者に教示するときである。

カメラのパラメタを教示するときには、先ず、モニタ３４に表示される図８のメインテナンス画面６００の「部品認識カメラパラメタ」ボタン６０１、または、「基板認識カメラパラメタ」ボタン６０２をタッチパネル３５により、タッチして、図９に示されるパラメタ教示画面７００を呼び出す。

そして、作業者は、カメラ選択メニュー７０１より、対象となるカメラを選択して、「教示実行」ボタン７０２をタッチする。なお、カメラ選択メニュー７０１を設けずに、「教示実行」ボタン７０２をタッチしたとき、全てのカメラを対象にするようなユーザインターフェースにしてもよい。

テストを実行するカメラが、部品認識カメラ１６のときには、テスト用の治具をつけた装着ヘッド７Ｂが部品認識カメラ１６に移動し、テストを実行するカメラが、基板認識カメラ１８のときには、装着ヘッド７Ｂがテスト用のプリント基板上に移動する(図６ＡのＳ０１)。図９には、「部品認識カメラパラメタ」６０１が選択されたときのパラメタ教示画面が示されている。

次に、部品認識カメラ１６または基板認識カメラ１８がそれぞれのターゲットを撮像して、画像取込みインターフェース３０４を介して、メモリメモリ３０２に画像を取込む(Ｓ０２)。

ここで、階調値は、例えば、グレースケールで、０〜２５５の一バイトの数値で表されており、０〜５０のときには、黒と判断する。

ＣＰＵ３０１は、取込んだ画像端の所定のライン分（例えば、１ライン分）をチェックして(Ｓ０３)、所定の階調値（５０）以下であり、黒と判断されたピクセルが、所定の回数以上(例えば、１５回)連続して現れるパターンがあるか否かを判断し(Ｓ０４)、そのようなパータンが現れているときには、カメラの設定に異常があるものとして、図１０に示される異常表示画面８００をモニタ３４上に表示する(Ｓ０５)。

そのようなパータンが現れていないときには、カメラ設定が正常であるものとして、図９に示されるように、取得したカメラのパラメタを表示する(Ｓ０６)。

取込んだ画像をチェックして、所定の階調値以下のピクセルが、所定の回数連続して現れるパターンがあるというのは、その取込んだ画像端の画像に垂直同期または水平同期にずれが生じていて、カメラになにも写っていない可能性が高いからである。かつ、画像が黒っぽいときであっても、カメラの設定が正常で、撮像がおこなわれているときには、どこかに白っぽい点が生じて、黒いピクセルが連続して生じることは少ないと考えられるからである。このような場合は、連続するピクセルが黒一色であり、これらのピクセルは全て検出し得る最小の階調値となっており、前述するＳ０４の所定値は検出しうる最小の階調値としてもよい。また、白（階調値大）のピクセルが連続しているパターンがあったときに、一致しないことが分かっている場合は、このパターンであることを判断して不一致を判断してもよい。さらに、ある特定の階調値のピクセルのパターンにより、カメラとカメラドライバソフトウェアの不一致を判断してもよい。

図７には、垂直同期のずれか生じて画面の上端が、黒くなったラインが現れた異常画面と、正常画面が対比して示されている。垂直同期のずれが生じるときには、画面の上端または下端に黒くなったラインが現れる可能性があり、水平同期のずれが生じるときには、画面の右端または左端に黒くなったラインが現れる可能性があるので、この四種類の画面端を調べるようにしてもよいし、カメラの特性で、使用するカメラが限定されているときに、設定ファイル５００を参照して、特定の画面端(例えば、上端と下端)のみ、ずれが生じやすいことがわかっているときには、その画面端の画像のみ取込んでチェックするようにしてもよい。

また、図６Ａに示される処理では、カメラの設定に異常が判明したときには、図１０に示される異常表示画面をモニタ３４上に表示するのみであったが、図６Ｂに示されるように、異常表示画面をモニタ３４上に表示するのに加えて、プログラムが設定ファイルを自動的に書き直すなどの手段により、カメラドライバソフトウェアを適切なものに切替えるようにしてもよい(Ｓ０７)。

カメラドライバソフトウェアを切替えた後は、Ｓ０２の処理に戻り、再度、チェックをおこなう。

１…電子部品装着装置、３…部品供給ユニット、７Ｂ…装着ヘッド、１６…部品認識カメラ、１８…部品認識カメラ、３０…ＣＰＵ、３２…ＲＡＭ、３７…画像認識処理装置。

Claims (2)

1. ＣＰＵと、メモリと、画像取込みインターフェースとを備える画像認識処理装置を有し、前記画像取込みインターフェースより、部品を認識する部品認識カメラと基板を認識する基板認識カメラより、前記メモリに画像を取込む電子部品装着装置において、
   前記画像認識処理装置は、前記メモリに前記部品認識カメラと前記基板認識カメラのカメラＩＤを記述した設定ファイルを保持し、前記カメラＩＤに従って、前記ピクセルの階調を調べる画像端の位置を変え、
   前記ＣＰＵが、前記メモリに取込んだ画像をチェックし、画像に異常があるか否かを判定するときに、撮像した画像の画像端におけるピクセルの階調を調べ、
   前記画像に異常があると判定したときには、モニタに、その画像を撮像した部品認識カメラまたは基板認識カメラに異常がある旨の画面を表示することを特徴とする搭載カメラのチェック機能を有する電子部品装着装置。
2. ＣＰＵと、メモリと、画像取込みインターフェースとを備える画像認識処理装置を有し、前記画像取込みインターフェースより、部品を認識する部品認識カメラと基板を認識する基板認識カメラより、前記メモリに画像を取込む電子部品装着装置において、
   前記画像認識処理装置は、前記メモリに前記部品認識カメラと前記基板認識カメラのカメラＩＤを記述した設定ファイルを保持し、
   前記ＣＰＵが、前記メモリに取込んだ画像をチェックし、画像に異常があるか否かを判定し、前記画像に異常があると判定したときには、前記設定ファイルの前記カメラＩＤを書き変え、モニタに、その画像を撮像した部品認識カメラまたは基板認識カメラに異常がある旨の画面を表示することを特徴とする搭載カメラのチェック機能を有する電子部品装着装置。

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