JP6954925B2 - 部品実装機の撮像用照明装置 - Google Patents

Description

本明細書は、部品実装機や外観検査機等に搭載したカメラで撮像する撮像対象物を、前記カメラの光軸の周囲に配置した多数のＬＥＤで照明する撮像用照明装置に関する技術を開示したものである。

例えば、部品実装機の撮像用照明装置は、撮像対象物の中心（カメラの光軸との交点）から各ＬＥＤまでの距離がほぼ均一になるように、ＬＥＤの配置を撮像対象物の中心を中心とする球面状の配置することが望ましい。しかし、ＬＥＤを実装する基板を球面状に形成したり、球面状の基板に多数のＬＥＤを高精度で実装することは困難であるため、特許文献１（特開２０１５−１０６６０３号公報）に記載されているように、合計２４枚のＬＥＤ実装基板を８角形の椀状に配置した構成としたものが多い。

しかし、この構成では、ＬＥＤ実装基板の枚数が多くなり、ＬＥＤ実装基板を取り付ける構造が複雑化して、製造コストが高くなったり、照明装置の設置スペースが大型化する等の欠点がある。

そこで、特許文献２（特開２００５−３２７９６８号公報）に記載されているように、４枚のＬＥＤ実装基板をカメラの光軸を中心とする四角枠状に配置すると共に、撮像対象物であるＢＧＡ部品の各バンプ（半球状端子）の画像認識精度を高めるために、各バンプの外周部の照度が中心部の照度より高く且つ各バンプの外周部が全周にわたって均一に照らされるように、各ＬＥＤを配置するようにしたものがある。

特開２０１５−１０６６０３号公報 特開２００５−３２７９６８号公報

しかし、上記特許文献２の構成では、撮像対象物であるＢＧＡ部品の各バンプの外周部の照度が中心部の照度より高く且つ各バンプの外周部が全周にわたって均一に照らされるように、各ＬＥＤを配置するようにしているため、撮像対象物がＢＧＡ部品のようなバンプ付き部品に限定されてしまい、それ以外の種類の部品の照明には使用できず、汎用性が低い。しかも、バンプ付き部品であっても、部品のサイズやバンプの位置の違いによっては、各バンプの外周部が全周にわたって均一に照らされるとは限らず、バンプの画像認識精度が低下する可能性がある。

上記課題を解決するために、カメラで撮像する撮像対象物を、前記カメラの光軸の周囲に配置した多数のＬＥＤで照明する撮像用照明装置において、多数のＬＥＤを実装した平板状の４枚のＬＥＤ実装基板と、前記４枚のＬＥＤ実装基板のＬＥＤに流す電流を調整する電流調整装置とを備え、前記４枚のＬＥＤ実装基板は、前記撮像対象物側から見て前記カメラの光軸を中心とする四角枠状に配置され、且つ、各ＬＥＤ実装基板のＬＥＤが前記撮像対象物に向くように所定角度で傾斜され、前記電流調整装置は、前記各ＬＥＤ実装基板のＬＥＤ実装エリアをそれぞれ複数の照明エリアに区分して、前記各ＬＥＤ実装基板のＬＥＤに流す電流を前記各照明エリア毎に個別に調整することを第１の特徴し、更に、前記各ＬＥＤ実装基板には、前記各照明エリアの各ＬＥＤの光線を前記照明エリア毎に異なる角度で前記撮像対象物の中心側に向けるレンズ板が設けられていることを第２の特徴とするものである。

この構成では、４枚の平板状のＬＥＤ実装基板を四角枠状に配置して照明装置を構成しているため、照明装置の構成を簡単化して、低コスト化や省スペース化を実現できる。しかも、各ＬＥＤ実装基板のＬＥＤ実装エリアをそれぞれ複数の照明エリアに区分して、電流調整装置によって各ＬＥＤ実装基板のＬＥＤに流す電流を各照明エリア毎に個別に調整できるように構成しているため、各照明エリアの電流調整によって撮像対象物に対する各照明エリアの照明光の照度を各照明エリア毎に個別に調整することが可能となり、照明エリアの位置の違いによる照明光のばらつきを修正できると共に、撮像対象物の種類に応じて各照明エリアの照明光の照度を調整することも可能となり、照明装置としての汎用性を高めることができる。

この場合、前記各ＬＥＤ実装基板には、前記各照明エリアの各ＬＥＤの光線を前記照明エリア毎に異なる角度で前記撮像対象物の中心側に向けるレンズ板を設けると良い。このようにすれば、各照明エリアの各ＬＥＤの光を撮像対象物に対する照明光として効率良く使用できる。

更に、前記レンズ板には、シボ加工を施しても良い。シボ加工によって各ＬＥＤの光を適度に拡散させて撮像対象物に対する照明光の細かなむらを無くすことができる。

また、前記電流調整装置によって前記各ＬＥＤ実装基板のＬＥＤに流す電流を前記各照明エリア毎に個別に調整する際に、前記撮像対象物の中心からの距離が遠くなる照明エリアほど大きい電流を流すことで、前記撮像対象物に対する前記各照明エリアの照明光の照度を均一化するようにすると良い。このようにすれば、４枚のＬＥＤ実装基板を四角枠状に配置した構成であっても、撮像対象物に対する各照明エリアの照明光の照度を均一化することができる。

更に、前記カメラのシャッタタイミングと同期させて前記各照明エリアのＬＥＤをパルス点灯させると共に、前記撮像対象物の種類に応じて前記各照明エリアのパルス点灯のデューティ（ＬＥＤのオン時間）を前記各照明エリア毎に個別に変更するパルス点灯制御部を備えた構成としても良い。このようにすれば、パルス点灯により節電できると共に、撮像対象物に対する照明のバリエーションを増やすことができ、撮像対象物の種類に応じて、より適切な照明を実現できる。

また、前記各ＬＥＤ実装基板のＬＥＤを点灯させる照明エリアと点灯させない照明エリアとの組み合わせパターンである照明パターンを前記撮像対象物の種類に応じて変更する照明パターン変更部を備えた構成としても良い。このようにしても、撮像対象物に対する照明のバリエーションを増やすことができ、撮像対象物の種類に応じて、より適切な照明を実現できる。

更に、生産中に前記電流調整装置によって調整された電流を前記各照明エリアのＬＥＤに流して前記撮像対象物を照明して前記カメラで撮像する生産時照明モードと、生産停止中に前記電流調整装置によって前記各照明エリアのＬＥＤに流す電流を前記各照明エリア毎に個別に調整する電流調整時照明モードとを切り換える照明モード切換部を備え、前記電流調整装置は、前記電流調整時照明モードでは、前記各ＬＥＤ実装基板のＬＥＤを点灯させる照明エリアを１つずつ順番に切り換えて、１つの照明エリアの照明で前記撮像対象物となる基準治具を前記カメラで撮像してその画像を画像処理装置で処理して前記画像中の基準治具部分の輝度を判定して、その輝度が所定の基準輝度となるように当該照明エリアのＬＥＤに流す電流を調整する処理を前記各照明エリア毎に実行することで、前記基準治具に対する前記各照明エリアの照明光の照度を均一化するように前記各照明エリアのＬＥＤに流す電流を前記各照明エリア毎に個別に調整するようにしても良い。このように構成すれば、定期的に電流調整時照明モードに切り換えることで、各照明エリアのＬＥＤの経時劣化等による照明光のばらつきを修正することができる。

図１は一実施例におけるカメラと照明装置との取付構造を示す縦断側面図である。 図２は側射照明用の照明装置の構造を示す縦断側面図である。 図３は側射照明用の照明装置の構造をレンズ板を取り外した状態で示す平面図である。 図４はＬＥＤ実装基板の照明エリアの配列パターンを示す図である。 図５は側射照明用の照明装置の電気的構成を示すブロック図である。 図６は各照明エリアのパルス点灯のデューティを各照明エリア毎に個別に変更する一例を説明するタイムチャートである。

以下、部品実装機に適用して具体化した一実施例を説明する。
まず、図１乃至図３を用いてカメラ１１と照明装置１２，１３の構成を説明する。
カメラ１１と照明装置１２，１３は、図示はしないが、部品実装機に上向きに取り付けられ、部品実装機の吸着ノズルに吸着した部品（撮像対象物）をその下方から照明装置１２，１３で照明してカメラ１１で撮像する。

カメラ１１の上方には、レンズユニット１４が設けられ、このレンズユニット１４の上方に同軸落射照明用の照明装置１２を介して側射照明用の照明装置１３（撮像用照明装置）が設けられている。同軸落射照明用の照明装置１２は、図示はしないが、該照明装置１２の側方からその中心（カメラ１１の光軸）に向けて光を水平方向に放射するＬＥＤ等の発光源と、その発光源の光を上方の撮像対象物に向けて直角に反射するハーフミラー等を備えた構成となっている。

一方、側射照明用の照明装置１３は、図２及び図３に示すように、多数のＬＥＤ２１を実装した４枚のＬＥＤ実装基板２２を、撮像対象物側から見てカメラ１１の光軸を中心とする四角枠状に配置し、且つ、各ＬＥＤ実装基板２２のＬＥＤ２１が撮像対象物に向くように各ＬＥＤ実装基板２２を所定角度で傾斜させて取付部材２３に取り付けた構成となっている。

図４に示すように、各ＬＥＤ実装基板２２のＬＥＤ実装エリアがそれぞれ複数の照明エリア２５に区分され、各ＬＥＤ実装基板２２のＬＥＤ２１に流す電流を各照明エリア２５毎に個別に調整する電流調整装置２６（図５参照）が設けられている。各照明エリア２５には、それぞれ所定個数、例えば１０個（＝縦２個×横５個）のＬＥＤ２１が実装され、各照明エリア２５の合計１０個のＬＥＤ２１が配線パターン（図示せず）で直列に接続されている。各ＬＥＤ実装基板２２の照明エリア２５の配列パターンは、図３、図４の例では、照明エリア２５が上下方向に例えば上段、中段、下段の３段に配置され、且つ、各段が上下２つの照明エリア２５に分割され、各段にそれぞれ所定数、例えば横４個×縦２個＝合計８個の照明エリア２５が配置されているが、この配列パターンに限定されず、適宜変更可能である。

図２に示すように、各ＬＥＤ実装基板２２には、各照明エリア２５の各ＬＥＤ２１の光線を撮像対象物の中心側に向けるレンズ板２７が取り付けられ、このレンズ板２７によって各照明エリア２５の各ＬＥＤ２１の光が撮像対象物に対する照明光として効率良く使用されるようになっている。このレンズ板２７は、透明樹脂等の透明材料で形成され、その表面にシボ加工が施されている。このシボ加工によって各ＬＥＤ２１の光を適度に拡散させて撮像対象物に対する照明光の細かなむらを無くすようにしている。尚、図３、図４には、ＬＥＤ実装基板２２がレンズ板２７を取り外した状態で示されている。

図５に示すように、電源回路部３１から供給される電流は、各照明エリア２５毎に電流調整装置２６で個別に調整され、ＬＥＤ駆動回路部３２によって各照明エリア２５のＬＥＤ２１に流す電流がオン／オフされることで、各照明エリア２５のＬＥＤ２１の点灯／消灯が切り換えられる。

ところで、本実施例のように、４枚のＬＥＤ実装基板２２を四角枠状に配置した構成では、ＬＥＤ実装基板２２の各照明エリア２５と撮像対象物の中心（カメラ１１の光軸との交点）との間の距離が一定ではなく、ＬＥＤ実装基板２２の中心から横方向に離れた照明エリア２５ほど、撮像対象物の中心までの距離が遠くなる。ＬＥＤ実装基板２２の各照明エリア２５のＬＥＤ２１の光が撮像対象物を照明する照度（明るさ）は、両者間の距離の２乗に反比例するため、ＬＥＤ実装基板２２の全ての照明エリア２５のＬＥＤ２１に同じ電流を流して発光させると、ＬＥＤ実装基板２２の中心から横方向に離れた照明エリア２５ほど、撮像対象物を照明する照度が低下する。

そこで、本実施例では、電流調整装置２６によって各ＬＥＤ実装基板２２のＬＥＤ２１に流す電流を各照明エリア２５毎に個別に調整する際に、撮像対象物の中心からの距離が遠くなる照明エリア２５ほど大きい電流を流すことで、撮像対象物に対する各照明エリア２５の照明光の照度を均一化するようにしている。このようにすれば、４枚のＬＥＤ実装基板２２を四角枠状に配置した構成であっても、撮像対象物に対する各照明エリア２５の照明光の照度を均一化することができる。

また、本実施例では、各ＬＥＤ駆動回路部３２は、各ＬＥＤ実装基板２２のＬＥＤ２１を点灯させる照明エリア２５と点灯させない照明エリア２５との組み合わせパターンである照明パターンを撮像対象物の種類に応じて変更する照明パターン変更部として機能する。これにより、例えば、撮像対象物の種類に応じて、各ＬＥＤ実装基板２２の上段、中段、下段のいずれか１段の照明エリア２５のみを点灯させたり、いずれか２段の照明エリア２５を点灯させたり、３段全ての照明エリア２５を点灯させたり、或は、各段の上側又は下側の照明エリア２５のみを点灯させるというように、照明パターンを撮像対象物の種類に応じて変更することができて、撮像対象物に対する照明のバリエーションを増やすことができ、撮像対象物の種類に応じて、より適切な照明を実現できる。

更に、各ＬＥＤ駆動回路部３２は、図６に示すように、カメラ１１のシャッタタイミングと同期させて各照明エリア２５のＬＥＤ２１をパルス点灯させると共に、撮像対象物の種類に応じて各照明エリア２５のパルス点灯のデューティ（ＬＥＤ２１のオン時間）を各照明エリア２５毎に個別に変更するパルス点灯制御部としても機能する。

この際、図６に示すように、パルス点灯させる複数の照明エリア２５の中で、パルス点灯のデューティが最も大きい照明エリア２５のＬＥＤ２１のオン（点灯）タイミングｔ1 は、カメラ１１のシャッタ開放タイミングｔ2 の直前であり、当該照明エリア２５のＬＥＤ２１のオフ（消灯）タイミングｔ6 は、カメラ１１のシャッタ閉鎖タイミングｔ5 の直後であり、当該照明エリア２５のパルス点灯のデューティｔ1 〜ｔ6 がカメラ１１のシャッタ開放時間ｔ2 〜ｔ5 よりも若干長い時間となっている。他の照明エリア２５のＬＥＤ２１のオン／オフ（点灯／消灯）タイミングｔ3 ，ｔ4 は、カメラ１１のシャッタ開放期間ｔ2 〜ｔ5 内に収まっており、当該他の照明エリア２５のパルス点灯のデューティｔ3 〜ｔ4 がカメラ１１のシャッタ開放時間ｔ2 〜ｔ5 よりも短い時間となっている。

このように、カメラ１１のシャッタタイミングと同期させて各照明エリア２５のＬＥＤ２１をパルス点灯させることで、照明装置１３の消費電力を節電できると共に、撮像対象物の種類に応じて各照明エリア２５のパルス点灯のデューティを各照明エリア２５毎に個別に変更することで、撮像対象物に対する照明のバリエーションを増やすことができ、撮像対象物の種類に応じて、より適切な照明を実現できる。

図５に示すように、各照明エリア２５の電流調整装置２６とＬＥＤ駆動回路部３２の動作は、部品実装機の制御装置３５によって制御される。部品実装機の制御装置３５は、カメラ１１で撮像した画像を処理して撮像対象物（部品）を認識する画像処理装置としても機能する。

更に、部品実装機の制御装置３５は、照明装置１３の照明モードを生産時照明モードと電流調整時照明モードとの間で切り換える照明モード切換部としても機能し、部品実装機の稼働中（生産中）は、生産時照明モードに維持して、各電流調整装置２６によって調整された電流を各照明エリア２５のＬＥＤ２１に流して撮像対象物を照明してカメラ１１で撮像し、その画像を処理して撮像対象物を認識する。

部品実装機の制御装置３５は、各照明エリア２５のＬＥＤ２１の発光特性の経時変化を補正するために、定期的に生産停止中に照明モードを生産時照明モードから電流調整時照明モードに切り換える。この電流調整時照明モードでは、各ＬＥＤ実装基板２２のＬＥＤ２１を点灯させる照明エリア２５を１つずつ順番に切り換えて、１つの照明エリア２５の照明で撮像対象物となる基準治具（図示せず）をカメラ１１で撮像してその画像を部品実装機の制御装置３５で処理して前記画像中の基準治具部分の輝度を判定して、その輝度が所定の基準輝度となるように当該照明エリア２５のＬＥＤ２１に流す電流を電流調整装置２６によって調整する処理を各照明エリア２５毎に実行することで、前記基準治具に対する各照明エリア２５の照明光の照度を均一化するように各照明エリア２５のＬＥＤ２１に流す電流を各照明エリア２５毎に個別に調整する。この際、作業者が手作業で基準治具を照明装置１３上面のカバーガラス３６上などに載置するようにしても良いし、部品実装機の吸着ノズル（図示せず）に基準治具を吸着して照明装置１３の上方に移動させるようにしても良い。或は、吸着ノズルを保持する実装ヘッド（図示せず）の下面側に基準治具を設けて照明装置１３の上方に移動させるようにしても良い。

このように、定期的に照明モードを電流調整時照明モードに切り換えて、基準治具に対する各照明エリア２５の照明光の照度を均一化するように各照明エリア２５のＬＥＤ２１に流す電流を電流調整装置２６によって各照明エリア２５毎に個別に調整するようにすれば、各照明エリア２５のＬＥＤ２１の経時劣化等による照明光のばらつきを修正することができる。

以上説明した本実施例によれば、４枚のＬＥＤ実装基板２２を四角枠状に配置して照明装置１３を構成しているため、照明装置１３の構成を簡単化して、低コスト化や省スペース化を実現できる。しかも、各ＬＥＤ実装基板２２のＬＥＤ実装エリアをそれぞれ複数の照明エリア２５に区分して、各電流調整装置２６によって各ＬＥＤ実装基板２２のＬＥＤ２１に流す電流を各照明エリア２５毎に個別に調整できるように構成しているため、各照明エリア２５の電流調整によって撮像対象物に対する各照明エリア２５の照明光の照度を各照明エリア２５毎に個別に調整することが可能となり、照明エリア２５の位置の違いによる照明光のばらつきを修正できると共に、撮像対象物の種類に応じて各照明エリア２５の照明光の照度を調整することも可能となり、照明装置１３としての汎用性を高めることができる。

尚、本発明は、部品実装機に搭載した部品撮像用カメラ１１の側射照明用の照明装置に限定されず、回路基板の基準マーク等を上方から撮像するマーク撮像用カメラの側射照明用の照明装置に適用して実施しても良く、また、部品実装機に限定されず、例えば、外観検査機や画像処理用部品形状データ作成装置等に搭載されたカメラの側射照明用の照明装置に適用して実施しても良い等、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できることは言うまでもない。

１１…カメラ、１２…同軸落射照明用の照明装置、１３…側射照明用の照明装置（撮像用照明装置）、１４…レンズユニット、２１…ＬＥＤ、２２…ＬＥＤ実装基板、２５…照明エリア、２６…電流調整装置、２７…レンズ板、３１…電源回路部、３２…ＬＥＤ駆動回路部（照明パターン変更部，パルス点灯制御部，照明モード切換部）、３５…制御装置（画像処理装置）

Claims (6)

1. カメラで撮像する撮像対象物を、前記カメラの光軸の周囲に配置した多数のＬＥＤで照明する撮像用照明装置において、
   多数のＬＥＤを実装した平板状の４枚のＬＥＤ実装基板と、
   前記４枚のＬＥＤ実装基板のＬＥＤに流す電流を調整する電流調整装置とを備え、
   前記４枚のＬＥＤ実装基板は、前記撮像対象物側から見て前記カメラの光軸を中心とする四角枠状に配置され、且つ、各ＬＥＤ実装基板のＬＥＤが前記撮像対象物に向くように所定角度で傾斜され、
   前記電流調整装置は、前記各ＬＥＤ実装基板のＬＥＤ実装エリアをそれぞれ複数の照明エリアに区分して、前記各ＬＥＤ実装基板のＬＥＤに流す電流を前記各照明エリア毎に個別に調整し、
   前記各ＬＥＤ実装基板には、前記各照明エリアの各ＬＥＤの光線を前記照明エリア毎に異なる角度で前記撮像対象物の中心側に向けるレンズ板が設けられている、撮像用照明装置。
2. 前記レンズ板には、シボ加工が施されている、請求項１に記載の撮像用照明装置。
3. 前記電流調整装置は、前記各ＬＥＤ実装基板のＬＥＤに流す電流を前記各照明エリア毎に個別に調整する際に、前記撮像対象物の中心からの距離が遠くなる照明エリアほど大きい電流を流すことで、前記撮像対象物に対する前記各照明エリアの照明光の照度を均一化する、請求項１又は２に記載の撮像用照明装置。
4. 前記カメラのシャッタタイミングと同期させて前記各照明エリアのＬＥＤをパルス点灯させると共に、前記撮像対象物の種類に応じて前記各照明エリアのパルス点灯のデューティを前記各照明エリア毎に個別に変更するパルス点灯制御部を備える、請求項１乃至３のいずれかに記載の撮像用照明装置。
5. 前記各ＬＥＤ実装基板のＬＥＤを点灯させる照明エリアと点灯させない照明エリアとの組み合わせパターンである照明パターンを前記撮像対象物の種類に応じて変更する照明パターン変更部を備える、請求項１乃至４のいずれかに記載の撮像用照明装置。
6. 前記カメラで撮像した画像を処理する画像処理装置を備え、
   生産中に前記電流調整装置によって調整された電流を前記各照明エリアのＬＥＤに流して前記撮像対象物を照明して前記カメラで撮像する生産時照明モードと、生産停止中に前記電流調整装置によって前記各照明エリアのＬＥＤに流す電流を前記各照明エリア毎に個別に調整する電流調整時照明モードとを切り換える照明モード切換部を備え、
   前記電流調整装置は、前記電流調整時照明モードでは、前記各ＬＥＤ実装基板のＬＥＤを点灯させる照明エリアを１つずつ順番に切り換えて、１つの照明エリアの照明で前記撮像対象物となる基準治具を前記カメラで撮像してその画像を前記画像処理装置で処理して前記画像中の基準治具部分の輝度を判定して、その輝度が所定の基準輝度となるように当該照明エリアのＬＥＤに流す電流を調整する処理を前記各照明エリア毎に実行することで、前記基準治具に対する前記各照明エリアの照明光の照度を均一化するように前記各照明エリアのＬＥＤに流す電流を前記各照明エリア毎に個別に調整する、請求項１乃至５のいずれかに記載の撮像用照明装置。

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