JP7365477B2 - Three-dimensional measuring device and workpiece work device - Google Patents

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    • G01B11/24Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures
    • G01B11/25Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring contours or curvatures by projecting a pattern, e.g. one or more lines, moiré fringes on the object

Description

本明細書で開示する技術は、三次元計測装置、及び、ワーク作業装置に関する。 The technology disclosed in this specification relates to a three-dimensional measuring device and a workpiece working device.

従来、デジタルカメラなどの撮像部を用いて計測対象の高さを計測する方法として位相シフト法が知られている(例えば、特許文献1参照)。位相シフト法は、計測対象の同一領域に、sin波で白黒が変化する光を、位相を1/3あるいは1/4ずつずらして複数回撮像し、位相差から計測対象の高さを計測する方法である。 Conventionally, a phase shift method is known as a method of measuring the height of a measurement target using an imaging unit such as a digital camera (see, for example, Patent Document 1). The phase shift method images the same area of the measurement target multiple times using light that changes black and white using sine waves, shifting the phase by 1/3 or 1/4, and measures the height of the measurement target from the phase difference. It's a method.

また、従来、計測対象の高さを計測する方法として光切断法も知られている。光切断法はスポット光あるいはライン光を計測対象に投影し、計測対象で反射された光を受光した受光素子の位置から三角測量の原理で高さを計測するものである。 Furthermore, a light cutting method is also conventionally known as a method of measuring the height of a measurement target. The light sectioning method projects a spot light or line light onto a measurement target and measures the height based on the principle of triangulation from the position of a light receiving element that receives the light reflected from the measurement target.

特開2015-1381号公報Unexamined Japanese Patent Publication No. 2015-1381

しかしながら、位相シフト法では位相をずらして計測対象の同一領域を複数回撮像しなければならないので計測に時間を要する。また、光切断法ではライン上のみの高さ情報しか得られないので、視野全体の高さ情報を得るには、ラインに直交する方向の画素数分ラインを移動撮像する必要があり、撮像回数が大幅に増加する。
本明細書では、位相シフト法や光切断法に比べて短時間で計測対象の高さを計測できる技術を開示する。
However, in the phase shift method, it is necessary to image the same area of the measurement target multiple times while shifting the phase, so it takes time to measure. In addition, since the optical cutting method can only obtain height information only on the line, in order to obtain height information for the entire field of view, it is necessary to move the line by the number of pixels in the direction perpendicular to the line and take images, which requires multiple imaging times. will increase significantly.
This specification discloses a technique that can measure the height of a measurement target in a shorter time than the phase shift method or optical cutting method.

本明細書で開示する三次元計測装置は、計測対象の高さを計測する三次元計測装置であって、複数波長間の相対的な明るさが所定の方向に連続して変化しているパターン光であって、各前記波長の光の明るさを変数とする所定の演算式の演算値が前記明るさの変化の1周期内において重複しないパターン光を、前記計測対象の高さの基準となる基準平面に向けて前記所定の方向から斜めに投影する第1の光源部と、前記計測対象で反射された前記パターン光を前記波長毎に受光する第1の受光部と、前記第1の受光部が前記波長毎に受光した光の受光量に基づいて前記計測対象の高さを求める制御部と、を備える。 The three-dimensional measuring device disclosed in this specification is a three-dimensional measuring device that measures the height of a measurement target, and has a pattern in which the relative brightness between multiple wavelengths continuously changes in a predetermined direction. A pattern of light in which the calculated values of a predetermined calculation formula in which the brightness of light of each of the wavelengths is a variable does not overlap within one cycle of the change in brightness is used as a reference for the height of the measurement target. a first light source unit that projects diagonally from the predetermined direction toward a reference plane; a first light receiving unit that receives the patterned light reflected by the measurement target for each wavelength; A control unit that determines the height of the measurement target based on the amount of light received by the light receiving unit for each wavelength.

複数波長の光は無彩色(黒色、白色もしくはその中間の明るさのグレー等)の面で反射されても各波長の光の明るさの比率(複数波長間の相対的な明るさ)が変化しない。言い換えると、複数波長の光が無彩色の面で反射された場合、反射された各波長の光の明るさの比率は無彩色の面の明るさ(黒色、白色もしくはその中間の明るさのグレー等)や光自体の明るさに影響されない。
このため、所定の演算式が、各波長の光の明るさの比率が同じであれば演算値が同じになるものである場合、複数波長間の相対的な明るさが所定の方向に連続して変化しているパターン光であって、当該所定の演算式の演算値が各波長の光の明るさの変化の1周期内において重複しないパターン光を無彩色の面に投影し、当該パターン光が投影された領域の各位置で反射された各波長の光の受光量から当該所定の演算式の演算値を求めると、求めた演算値は計測対象の明るさや当該パターン光自体の明るさによらず位置毎に一意の値(ユニークな値)となる。
このため、例えば予め高さの基準となる基準平面にパターン光を投影し、各位置で反射されたパターン光を波長毎に受光した受光量あるいはその受光量から所定の演算式によって求めた演算値を記憶しておけば、計測対象で反射されたパターン光を受光した受光量と、予め記憶されている受光量あるいは演算値とから、各位置の高さを判断できる。
即ち、当該パターン光を用いると計測対象の明るさやパターン光自体の明るさによらず位置毎に演算値が一意の値になるので、位相シフト法のように同一領域を複数回撮像しなくても高さを計測できる。また、光切断法のようにラインに直交する方向の画素数分ラインを移動撮像しなくても高さを計測できる。
よって上記の三次元計測装置によると、位相シフト法や光切断法に比べて短時間で計測対象の高さを計測できる。
なお、計測対象の面は無彩色に限られない。計測対象の面が有彩色である場合は可視領域外の光(言い換えると不可視領域の光)を投影すればよい。不可視領域の光を投影すれば有彩色の面で反射されても複数波長の光の明るさの比率が変化しないので同様の効果を得ることができる。
Even when light with multiple wavelengths is reflected from an achromatic surface (black, white, or gray with a brightness in between), the ratio of the brightness of each wavelength (relative brightness between multiple wavelengths) changes. do not. In other words, when multiple wavelengths of light are reflected by an achromatic surface, the ratio of the brightness of each reflected wavelength is the same as the brightness of the achromatic surface (black, white, or gray with intermediate brightness). etc.) and the brightness of the light itself.
Therefore, if the predetermined calculation formula is such that the calculated value will be the same if the ratio of the brightness of light of each wavelength is the same, then the relative brightness between multiple wavelengths will continue in the predetermined direction. Projecting pattern light on an achromatic surface, in which the calculated value of the predetermined calculation formula does not overlap within one cycle of the change in brightness of the light of each wavelength, the pattern light is changing. When calculating the calculated value of the predetermined calculation formula from the received amount of light of each wavelength reflected at each position of the projected area, the calculated value will depend on the brightness of the measurement target and the brightness of the pattern light itself. It becomes a unique value (unique value) for each position.
For this reason, for example, a patterned light is projected onto a reference plane that serves as a height reference in advance, and the amount of received light for each wavelength of the patterned light reflected at each position, or a calculated value calculated from the received light amount using a predetermined calculation formula. By storing , the height of each position can be determined from the amount of light received by the pattern light reflected by the measurement target and the amount of received light or the calculated value stored in advance.
In other words, when the patterned light is used, the calculated value becomes a unique value for each position regardless of the brightness of the measurement target or the brightness of the patterned light itself, so there is no need to image the same area multiple times as in the phase shift method. You can also measure height. Furthermore, the height can be measured without moving and imaging the line by the number of pixels in the direction perpendicular to the line, as in the optical section method.
Therefore, according to the three-dimensional measuring device described above, the height of the measurement target can be measured in a shorter time than with the phase shift method or the optical cutting method.
Note that the surface to be measured is not limited to an achromatic color. If the surface to be measured has a chromatic color, light outside the visible range (in other words, light in the invisible range) may be projected. If light in the invisible region is projected, the same effect can be obtained because the brightness ratio of the light of multiple wavelengths does not change even if it is reflected by a chromatic surface.

前記制御部は、前記第1の受光部が前記波長毎に受光した光の受光量から前記所定の演算式の演算値を求め、当該演算値に基づいて前記計測対象の高さを求めてもよい。 The control unit may calculate a calculated value of the predetermined calculation formula from the amount of light received by the first light receiving unit for each wavelength, and calculate the height of the measurement target based on the calculated value. good.

上記の三次元計測装置によると、例えば予め高さの基準となる基準平面にパターン光を投影し、各位置で反射されたパターン光を波長毎に受光した受光量から所定の演算式によって演算した演算値を記憶しておき、第1の受光部が波長毎に受光した光の受光量から所定の演算式によって演算した演算値と、予め記憶されている演算値とに基づくことにより、計測対象の高さを求めることができる。 According to the above three-dimensional measuring device, for example, pattern light is projected in advance onto a reference plane that serves as a height reference, and the pattern light reflected at each position is calculated from the amount of light received for each wavelength using a predetermined calculation formula. The calculated value is stored, and the measurement target is calculated based on the calculated value calculated by a predetermined calculation formula from the amount of light received by the first light receiving section for each wavelength and the calculated value stored in advance. The height of can be found.

前記パターン光は前記基準平面の所定の範囲に投影されてもよい。 The pattern light may be projected onto a predetermined range of the reference plane.

上記の三次元計測装置によると、計測対象を上述した所定の範囲内に配置することにより、計測対象の高さを計測できる。 According to the three-dimensional measuring device described above, the height of the measurement object can be measured by arranging the measurement object within the above-mentioned predetermined range.

前記第1の光源部は線状の前記パターン光を投影するものであり、前記第1の受光部は主走査方向に並列に延びる複数のラインセンサであり、当該三次元計測装置は、前記第1の光源部及び前記ラインセンサを前記計測対象に対して前記主走査方向に直交する副走査方向に相対移動させる移動部を備えてもよい。 The first light source unit projects the linear pattern light, the first light receiving unit is a plurality of line sensors extending in parallel in the main scanning direction, and the three-dimensional measuring device The measuring device may include a moving unit that moves the one light source unit and the line sensor relative to the measurement target in a sub-scanning direction perpendicular to the main-scanning direction.

上記の三次元計測装置によると、相対移動させる移動量を変えることで、計測対象の大きさに応じて撮像範囲を変えることができる。 According to the three-dimensional measuring device described above, by changing the amount of relative movement, the imaging range can be changed depending on the size of the measurement target.

前記第1の光源部は面状の前記パターン光を投影するものであり、前記第1の受光部はエリアセンサであってもよい。 The first light source section may project the planar pattern light, and the first light receiving section may be an area sensor.

上記の三次元計測装置によると、計測対象全体を一度で撮像できるので、ラインセンサを用いる場合に比べて短時間に高さを計測できる。 According to the three-dimensional measuring device described above, since the entire measurement target can be imaged at once, the height can be measured in a shorter time than when using a line sensor.

前記複数の波長は可視領域外の波長であってもよい。 The plurality of wavelengths may be wavelengths outside the visible range.

可視領域外の波長(以下、不可視領域の波長という)は計測対象の色の影響を受けない(あるいは受け難い)ので、計測対象の色が有彩色であっても高さを計測できる。 Wavelengths outside the visible range (hereinafter referred to as wavelengths in the invisible range) are not (or are not) affected by the color of the measurement target, so the height can be measured even if the color of the measurement target is a chromatic color.

前記パターン光は前記複数波長間の相対的な明るさが連続して且つ周期的に変化しており、且つ、周期毎に前記明るさの変動幅が異なっていてもよい。 In the patterned light, the relative brightness between the plurality of wavelengths may change continuously and periodically, and the fluctuation range of the brightness may vary from cycle to cycle.

計測対象の高さがパターン光の1周期分の幅を超えている場合、パターン光を位相接続して複数周期分投影すると、周期間で演算値が重複することにより、高さを誤計測する可能性がある。
周期毎に明るさの変動幅を異ならせると、各周期で同じ演算値が求められても明るさの変動幅の違いからそれぞれがいずれの周期の演算値であるかを特定できる。このため、計測対象の高さがパターン光の1周期分の幅を超えていても一度の撮像で計測対象の高さを計測できる。
If the height of the measurement target exceeds the width of one period of pattern light, if the pattern light is phase-connected and projected for multiple periods, the calculated value will overlap in the period, resulting in incorrect height measurement. there is a possibility.
If the brightness fluctuation range is made different for each period, even if the same calculated value is obtained for each period, it is possible to identify which period the calculated value is for each period based on the difference in the brightness fluctuation width. Therefore, even if the height of the measurement object exceeds the width of one cycle of the pattern light, the height of the measurement object can be measured by one imaging.

前記制御部は、前記第1の受光部が前記波長毎に受光した光の受光量から求めた前記演算値と、前記パターン光の各前記波長の光の明るさから求めた前記演算値を表す基準平面マップとに基づいて前記計測対象の高さを求めてもよい。 The control unit expresses the calculated value obtained from the amount of light received by the first light receiving unit for each wavelength, and the calculated value calculated from the brightness of light of each wavelength of the pattern light. The height of the measurement target may be determined based on a reference plane map.

上記の三次元計測装置によると、基準平面マップを用いることにより、計測対象の高さを求めることができる。 According to the three-dimensional measuring device described above, the height of the measurement target can be determined by using the reference plane map.

前記制御部は、前記パターン光の各前記波長の光の理論的な明るさから前記所定の演算式によって前記演算値を求めることによって前記基準平面マップを作成してもよい。 The control unit may create the reference plane map by calculating the calculated value from the theoretical brightness of light of each wavelength of the patterned light using the predetermined calculation formula.

上記の三次元計測装置によると、基準板を用いずに基準平面マップを作成できるので、簡素な構成で基準平面マップを作成できる。 According to the three-dimensional measuring device described above, the reference plane map can be created without using a reference plate, so the reference plane map can be created with a simple configuration.

前記基準平面に一致するように配置されている基準板を有し、前記制御部は、前記第1の光源部によって前記基準板に前記パターン光を投影し、前記基準板で反射されて前記第1の受光部で受光された前記パターン光の前記波長毎の光の受光量から前記所定の演算式によって前記演算値を求めることによって前記基準平面マップを作成してもよい。 The control unit includes a reference plate arranged to match the reference plane, and the control unit projects the pattern light onto the reference plate using the first light source unit, and reflects the pattern light on the reference plate to cause the pattern light to be reflected on the reference plate. The reference plane map may be created by calculating the calculated value using the predetermined calculation formula from the amount of light received for each wavelength of the pattern light received by one light receiving section.

上記の三次元計測装置によると、基準板を備えているので、定期的に基準板から基準平面マップを作成することにより、第1の光源部の明るさや第1の受光部の受光感度などが経時変化しても計測精度の低下を抑制できる。 According to the above three-dimensional measuring device, since it is equipped with a reference plate, by periodically creating a reference plane map from the reference plate, the brightness of the first light source section, the light receiving sensitivity of the first light receiving section, etc. can be determined. Deterioration in measurement accuracy can be suppressed even if it changes over time.

前記基準平面に一致するように配置されている基準板を有し、前記制御部は、前記第1の光源部によって前記基準板に前記パターン光を投影し、前記基準板で反射されて前記第1の受光部で受光された前記パターン光の前記波長毎の光の受光量から前記所定の演算式によって前記演算値を求めることによって部分的なマップを作成し、作成した部分的なマップから前記基準平面マップの他の部分を補間することによって前記基準平面マップを作成してもよい。 The control unit includes a reference plate arranged to match the reference plane, and the control unit projects the pattern light onto the reference plate using the first light source unit, and reflects the pattern light on the reference plate to cause the pattern light to be reflected on the reference plate. A partial map is created by calculating the calculated value using the predetermined calculation formula from the amount of light received for each wavelength of the pattern light received by the light receiving section of 1, and the calculated value is calculated from the created partial map. The reference plane map may be created by interpolating other parts of the reference plane map.

上記の三次元計測装置によると、基準平面マップ全体を一度に作成できる大きな基準板を用いる場合に比べて基準板を小さくできる。 According to the three-dimensional measuring device described above, the reference plate can be made smaller than when using a large reference plate that can create the entire reference plane map at once.

記憶部を備え、前記基準平面に一致するように配置されている基準板に前記第1の光源部によって前記パターン光を投影し、前記基準板で反射されて前記第1の受光部で受光された前記パターン光の前記波長毎の光の受光量から前記所定の演算式によって求めた前記演算値を表す前記基準平面マップにおいて、各前記波長の光の明るさが変化する方向に並ぶ複数の前記演算値を行と定義し、当該方向に直交する方向に並ぶ複数の前記演算値を列と定義したとき、前記記憶部には列毎に前記演算値を平均した平均値が記憶されており、前記制御部は、前記計測対象で反射されて前記第1の受光部で受光された前記パターン光の前記波長毎の光の受光量と、前記記憶部に記憶されている前記列毎の平均値とに基づいて前記計測対象の高さを求めてもよい。 The first light source unit projects the pattern light onto a reference plate, which includes a storage unit and is arranged to coincide with the reference plane, and is reflected by the reference plate and received by the first light receiving unit. In the reference plane map representing the calculated value obtained from the received amount of light for each wavelength of the pattern light by the predetermined calculation formula, a plurality of the When the calculated values are defined as rows and the plurality of calculated values arranged in a direction orthogonal to the direction are defined as columns, the storage unit stores an average value of the calculated values for each column, The control unit is configured to control the amount of light received for each wavelength of the pattern light reflected by the measurement target and received by the first light receiving unit, and the average value for each column stored in the storage unit. The height of the measurement target may be determined based on the above.

基準平面マップはデータ量が多いので、基準平面マップ全体を記憶部に記憶させると大容量の記憶部が必要となり、三次元計測装置の製造コストが増加する。
上記の三次元計測装置によると、列毎に演算値を平均した平均値を記憶部に記憶させるので、記憶部に記憶させるデータ量は基準平面マップの1行分のデータ量となる。このため、基準平面マップ全体を記憶させておく場合に比べて記憶部の記憶領域を節約できる。
Since the reference plane map has a large amount of data, storing the entire reference plane map in the storage unit requires a large capacity storage unit, which increases the manufacturing cost of the three-dimensional measuring device.
According to the three-dimensional measuring device described above, since the average value obtained by averaging the calculated values for each column is stored in the storage unit, the amount of data stored in the storage unit is the amount of data for one row of the reference plane map. Therefore, the storage area of the storage unit can be saved compared to the case where the entire reference plane map is stored.

記憶部を備え、前記基準平面に一致するように配置されている基準板に前記第1の光源部によって前記パターン光を投影し、前記基準板で反射されて前記第1の受光部で受光された前記パターン光の前記波長毎の光の受光量から前記所定の演算式によって求めた前記演算値を表す前記基準平面マップにおいて、各前記波長の光の明るさが変化する方向に並ぶ複数の前記演算値を行と定義し、当該方向に直交する方向に並ぶ複数の前記演算値を列と定義したとき、前記記憶部には列方向の一方の端部の所定数の行について列毎に前記演算値を平均した平均値が記憶されているとともに、列方向の他方の端部の所定数の行について列毎に前記演算値を平均した平均値が記憶されており、前記制御部は、前記記憶部に記憶されている前記一方の端部の前記所定数の行の列毎の平均値と前記他方の端部の前記所定数の行の列毎の平均値とから前記基準平面マップの各行を補間することによって前記基準平面マップを復元してもよい。 The first light source unit projects the pattern light onto a reference plate, which includes a storage unit and is arranged to coincide with the reference plane, and is reflected by the reference plate and received by the first light receiving unit. In the reference plane map representing the calculated value obtained from the received amount of light for each wavelength of the pattern light by the predetermined calculation formula, a plurality of the When a calculated value is defined as a row, and a plurality of calculated values arranged in a direction orthogonal to the relevant direction are defined as a column, the storage unit stores the above data for each column for a predetermined number of rows at one end in the column direction. An average value obtained by averaging the calculated values is stored, and an average value obtained by averaging the calculated values for each column for a predetermined number of rows at the other end in the column direction is stored, and the control unit Each row of the reference plane map is calculated from the average value for each column of the predetermined number of rows at the one end and the average value for each column of the predetermined number of rows at the other end, which are stored in the storage unit. The reference plane map may be restored by interpolating .

基準板にパターン光を投影して撮像した画像から基準平面マップを作成する場合、第1の光源部と第1の受光部との相対角度が傾いていることにより、基準平面マップが傾いて作成されることがある。その場合は計測対象も傾いて撮像されることになるが、基準平面マップも傾いているので高さの計測には支障がない。
しかしながら、列毎に演算値を平均した平均値を記憶部に記憶させておき、記憶されている列毎の平均値を基準平面マップとして用いると、傾いていない基準平面マップが用いられてしまう。
上記の三次元計測装置によると、列方向の一方の端部の所定数の行の列毎の平均値と他方の端部の所定数の行の列毎の平均値とを記憶部に記憶させておくので、基準平面マップ全体を記憶させておく場合に比べて記憶部の記憶領域を節約できる。そして、上記の三次元計測装置によると、それらの平均値から基準平面マップの各行を補間するので、傾いた状態の基準平面マップを復元できる。このため、第1の光源部と第1の受光部との相対角度が傾いていても高さを精度よく計測できる。
When creating a reference plane map from an image captured by projecting pattern light onto a reference plate, the relative angle between the first light source section and the first light receiving section is tilted, so the reference plane map is created at an angle. may be done. In that case, the measurement target will also be imaged tilted, but since the reference plane map is also tilted, there will be no problem in height measurement.
However, if the average value obtained by averaging the calculated values for each column is stored in the storage section and the stored average value for each column is used as the reference plane map, a non-tilted reference plane map will be used.
According to the above three-dimensional measuring device, the average value for each column of a predetermined number of rows at one end in the column direction and the average value for each column of a predetermined number of rows at the other end are stored in the storage unit. Therefore, the storage area of the storage unit can be saved compared to the case where the entire reference plane map is stored. According to the above-mentioned three-dimensional measuring device, each row of the reference plane map is interpolated from these average values, so that the tilted reference plane map can be restored. Therefore, even if the relative angle between the first light source section and the first light receiving section is tilted, the height can be accurately measured.

前記制御部は、前記計測対象で反射されて前記第1の受光部で受光された前記パターン光の前記波長毎の光の受光量から、前記計測対象の明るさを表す多値画像を作成してもよい。 The control unit creates a multivalued image representing the brightness of the measurement target from the amount of light received for each wavelength of the pattern light reflected by the measurement target and received by the first light receiving unit. It's okay.

計測対象に段差がない領域があり、その領域に文字や極性マークなどの図形が当該領域の明るさとは異なる明るさで表記されている場合がある。三次元計測装置は複数波長の光の相対的な明るさから部品の高さを計測するので計測対象の明るさの影響を受けないが、その過程で受光した各波長の光の受光量から、計測対象の明るさを表す多値画像を作成することができる。すなわち、部品全体を一度撮像することで、部品の高さの計測と計測対象に表記されている図形の認識とを行うことができる。 There may be an area in the measurement target that has no level difference, and graphics such as letters or polarity marks are written in that area with a brightness different from the brightness of the area. A three-dimensional measuring device measures the height of a component based on the relative brightness of multiple wavelengths of light, so it is not affected by the brightness of the measurement target. A multivalued image representing the brightness of the measurement target can be created. That is, by capturing an image of the entire part once, it is possible to measure the height of the part and recognize the figure written on the measurement target.

前記第1の光源部が前記計測対象に前記パターン光を投影する方向を相対的に変更する変更部を備え、前記制御部は、前記変更部によって前記方向を相対的に変更することにより、前記第1の光源部に少なくとも2方向から順に前記パターン光を投影させてもよい。 The first light source unit includes a changing unit that relatively changes the direction in which the pattern light is projected onto the measurement target, and the control unit relatively changes the direction in which the first light source unit projects the pattern light onto the measurement target, and the control unit is configured to The pattern light may be sequentially projected onto the first light source section from at least two directions.

計測対象にパターン光を投影する方向が一方向だけであると、計測対象の形状によってはパターン光が投影されない陰の部分が生じ、計測対象の高さを全面に亘って計測できない場合がある。
上記の三次元計測装置によると、計測対象にパターン光を投影する方向を相対的に変更して少なくとも2方向から順にパターン光を投影させるので、パターン光を投影する方向が一方向だけである場合に比べ、計測対象の高さを全面に亘って計測できる可能性が高くなる。
If the pattern light is projected onto the measurement target in only one direction, depending on the shape of the measurement target, there may be a shaded area where the pattern light is not projected, making it impossible to measure the entire height of the measurement target.
According to the above-mentioned three-dimensional measuring device, the direction in which the pattern light is projected onto the measurement target is relatively changed and the pattern light is projected sequentially from at least two directions, so when the direction in which the pattern light is projected is only one direction. Compared to this, it is more likely that the height of the object to be measured can be measured over the entire surface.

前記第1の光源部によって投影される前記パターン光とは波長が異なる前記パターン光を前記第1の光源部とは異なる方向から前記基準平面に向けて斜めに投影する第2の光源部と、前記第2の光源部によって投影されて前記計測対象で反射された前記パターン光を前記波長毎に受光する第2の受光部と、を備え、前記制御部は、前記第1の光源部と前記第2の光源部とに同時に前記パターン光を投影させてもよい。 a second light source unit that projects the pattern light having a different wavelength from the pattern light projected by the first light source unit obliquely toward the reference plane from a direction different from that of the first light source unit; a second light receiving section that receives the pattern light projected by the second light source section and reflected by the measurement target for each of the wavelengths; The pattern light may be simultaneously projected onto the second light source section.

パターン光を投影する方向が一方向だけであると、計測対象の形状によってはパターン光が投影されない陰の部分が生じ、計測対象の高さを全面に亘って計測できない場合がある。
上記の三次元計測装置によると、計測対象に複数の方向からパターン光を投影するので、パターン光を投影する方向が一方向だけである場合に比べ、計測対象の高さを全面に亘って計測できる可能性が高くなる。
また、三次元計測装置によると、第1の光源部によって投影されるパターン光の波長と第2の光源部によって投影されるパターン光の波長とが異なっているので、これらを同時に計測対象に投影しても各波長の光を個別に受光できる。このため第1の光源部と第2の光源部とから同時にパターン光を投影して計測対象を撮像することができる。このため撮像に要する時間を短縮でき、計測対象の高さを短時間で計測できる。
If the pattern light is projected in only one direction, depending on the shape of the object to be measured, there may be a shaded area where the pattern light is not projected, making it impossible to measure the height of the entire surface of the object.
According to the above three-dimensional measuring device, pattern light is projected onto the measurement target from multiple directions, so the height of the measurement target can be measured over the entire surface, compared to when the pattern light is projected in only one direction. It is more likely that you can do it.
Furthermore, according to the three-dimensional measuring device, the wavelength of the pattern light projected by the first light source section and the wavelength of the pattern light projected by the second light source section are different, so they are simultaneously projected onto the measurement target. However, each wavelength of light can be received individually. Therefore, the measurement target can be imaged by simultaneously projecting pattern light from the first light source section and the second light source section. Therefore, the time required for imaging can be shortened, and the height of the measurement target can be measured in a short time.

本明細書で開示するワーク作業装置は、ワークに対して所定の作業を行う作業部と、前記作業に関わる対象物の高さを計測する請求項1乃至請求項12のいずれか一項に記載の三次元計測装置と、を備える。 The workpiece work device disclosed in this specification includes a work unit that performs a predetermined work on the workpiece, and a work unit that measures the height of an object related to the work. A three-dimensional measuring device.

上記のワーク作業装置によると、位相シフト法や光切断法に比べて短時間で計測対象の高さを計測できる。 According to the above-mentioned workpiece working device, the height of the object to be measured can be measured in a shorter time than the phase shift method or the optical cutting method.

実施形態1に係る部品実装ラインの模式図Schematic diagram of a component mounting line according to Embodiment 1 表面実装機を上から見た模式図Schematic diagram of a surface mounter viewed from above ヘッドユニットを前側から見た模式図Schematic diagram of the head unit viewed from the front X方向から見た部品撮像カメラを示す模式図Schematic diagram showing a component imaging camera viewed from the X direction Y方向から見た部品撮像カメラを示す模式図Schematic diagram showing a component imaging camera viewed from the Y direction 表面実装機の電気的構成を示すブロック図Block diagram showing the electrical configuration of the surface mounter 色相環を示す模式図Schematic diagram showing the color wheel (A)は台形波の模式図、(B)はカラー画像の模式図(A) is a schematic diagram of a trapezoidal wave, (B) is a schematic diagram of a color image (A)はsin波の模式図、(B)はカラー画像の模式図(A) is a schematic diagram of a sine wave, (B) is a schematic diagram of a color image 部品の高さ計測を説明するための模式図Schematic diagram to explain height measurement of parts 高さ計測の手順を説明するための模式図Schematic diagram to explain the height measurement procedure 高さの計算を説明するための模式図Schematic diagram to explain height calculation 部品の下面を示す模式図Schematic diagram showing the bottom side of the part (A)は実施形態2に係るデータ量を削減する方法1を説明するための模式図、(B)は実施形態2に係るデータ量を削減する方法2を説明するための模式図(A) is a schematic diagram for explaining the first method of reducing the amount of data according to the second embodiment, and (B) is a schematic diagram for explaining the second method of reducing the amount of data according to the second embodiment. 実施形態3に係る基準平面色相マップを作成する他の方法2を説明するための模式図Schematic diagram for explaining another method 2 of creating a reference plane hue map according to Embodiment 3 (A)は実施形態4に係る台形波の模式図、(B)はカラー画像の模式図(A) is a schematic diagram of a trapezoidal wave according to Embodiment 4, (B) is a schematic diagram of a color image (A)はsin波の模式図、(B)はカラー画像の模式図(A) is a schematic diagram of a sine wave, (B) is a schematic diagram of a color image (A)は独立波の模式図、(B)はカラー画像の模式図(A) is a schematic diagram of independent waves, (B) is a schematic diagram of a color image 高さ計測の手順を説明するための模式図Schematic diagram to explain the height measurement procedure (A)は実施形態5に係るカラー画像の模式図、(B)は別のカラー画像の模式図(A) is a schematic diagram of a color image according to Embodiment 5, (B) is a schematic diagram of another color image 実施形態6に係る部品撮像カメラの模式図Schematic diagram of a component imaging camera according to Embodiment 6 (A)は他の実施形態に係る色相値のグラフ、(B)は(A)に示すグラフの位相を補正したグラフ(A) is a graph of hue values according to another embodiment, and (B) is a graph obtained by correcting the phase of the graph shown in (A).

<実施形態1>
実施形態1を図1乃至図13に基づいて説明する。以降の説明では同一の構成部材には一部を除いて図面の符号を省略している場合がある。
<Embodiment 1>
Embodiment 1 will be described based on FIGS. 1 to 13. In the following description, reference numerals in the drawings may be omitted for the same structural members except for some.

(1)部品実装ライン
図1を参照して、部品実装ライン10について説明する。部品実装ライン10は基板W(図2参照、ワークの一例)に部品E(図2参照、計測対象及び作業に関わる対象物の一例)を実装するラインである。部品実装ライン10はローダー11、スクリーン印刷機12、印刷検査機13、ディスペンサ14、複数台の表面実装機15(ワーク作業装置の一例)、実装後外観検査機16、リフロー装置17、硬化後外観検査装置18及びアンローダー19を備えており、これらが複数のコンベア20を介して直列に接続されている。
(1) Component Mounting Line The component mounting line 10 will be explained with reference to FIG. The component mounting line 10 is a line for mounting components E (see FIG. 2, an example of objects to be measured and objects related to work) on a substrate W (see FIG. 2, an example of a workpiece). The component mounting line 10 includes a loader 11, a screen printer 12, a print inspection machine 13, a dispenser 14, a plurality of surface mounting machines 15 (an example of workpiece work equipment), a post-mounting appearance inspection machine 16, a reflow device 17, and an appearance after curing. It includes an inspection device 18 and an unloader 19, which are connected in series via a plurality of conveyors 20.

ローダー11はラックに収納されている基板Wをスクリーン印刷機12に供給する装置である。
スクリーン印刷機12は基板Wの表面に半田ペーストをスクリーン印刷することによって回路を形成する装置である。
印刷検査機13はスクリーン印刷機12によってスクリーン印刷された半田を検査する装置である。
The loader 11 is a device that supplies substrates W stored in a rack to the screen printing machine 12.
The screen printer 12 is a device that forms a circuit by screen printing solder paste on the surface of the substrate W.
The print inspection machine 13 is a device that inspects the solder screen printed by the screen printing machine 12.

ディスペンサ14は基板Wに接着剤を塗布する装置である。
表面実装機15は基板Wに部品Eを実装する実装作業(所定の作業の一例)を行う装置である。表面実装機15の構成については後述する。
実装後外観検査機16は表面実装機15によって部品Eが実装された後の基板Wの外観を検査する装置である。
The dispenser 14 is a device that applies adhesive to the substrate W.
The surface mounter 15 is a device that performs a mounting operation (an example of a predetermined operation) of mounting the component E on the substrate W. The configuration of the surface mounter 15 will be described later.
The post-mounting appearance inspection machine 16 is a device that inspects the appearance of the board W after the component E is mounted by the surface mounter 15.

リフロー装置17は半田ペーストを高温下で溶解させ、部品Eと基板W上の電極(いわゆるランド)とを電気的に接続する装置である。
硬化後外観検査装置18はリフロー装置17によって溶解された半田ペーストが硬化した後に基板Wの外観を検査する装置である。
アンローダー19は硬化後外観検査装置18から送り出された基板Wをラックに収納する装置である。
The reflow device 17 is a device that melts solder paste at high temperature and electrically connects the component E and the electrode (so-called land) on the substrate W.
The post-curing appearance inspection device 18 is a device that inspects the appearance of the substrate W after the solder paste melted by the reflow device 17 is cured.
The unloader 19 is a device that stores the substrate W sent out from the post-curing appearance inspection device 18 in a rack.

(1-1)表面実装機の構成
図2を参照して、表面実装機15の構成について説明する。以降の説明では図2に示すX方向を左右方向、Y方向を前後方向、図3に示すZ方向を上下方向という。また、以降の説明では図2に示す右側を上流側、左側を下流側という。
(1-1) Configuration of surface mounter The configuration of the surface mounter 15 will be described with reference to FIG. 2. In the following description, the X direction shown in FIG. 2 will be referred to as the left-right direction, the Y direction will be referred to as the front-back direction, and the Z direction shown in FIG. 3 will be referred to as the up-down direction. In the following description, the right side shown in FIG. 2 will be referred to as the upstream side, and the left side will be referred to as the downstream side.

表面実装機15は基台29、基板Wを搬送する基板搬送装置30、図示しないバックアップ装置、基板Wに搭載する部品Eを供給する4つのテープ部品供給装置31、テープ部品供給装置31によって供給された部品Eを基板Wに実装する部品実装装置32、制御部33(図6参照)及び操作部34(図6参照)を備えている。基板搬送装置30、バックアップ装置、テープ部品供給装置31及び部品実装装置32は作業部の一例である。 The surface mounter 15 is supplied with a base 29, a board transport device 30 that transports the board W, a backup device (not shown), four tape component supply devices 31 that supply components E to be mounted on the board W, and a tape component supply device 31. The device includes a component mounting device 32 for mounting the component E on the board W, a control section 33 (see FIG. 6), and an operation section 34 (see FIG. 6). The board transport device 30, the backup device, the tape component supply device 31, and the component mounting device 32 are examples of the work section.

基板搬送装置30は基板WをX方向の上流側から作業位置Aに搬入し、作業位置Aで部品Eが実装された基板Wを下流側に搬出するものである。基板搬送装置30はX方向に循環駆動する一対のコンベアベルト30A及び30B、それらのコンベアベルト30A及び30Bを駆動するコンベア駆動モータ60(図6参照)などを備えている。後側のコンベアベルト30Aは前後方向に移動可能であり、基板Wの幅に応じて2つのコンベアベルト30Aと30Bとの間隔を調整可能である。 The board transport device 30 transports the board W from the upstream side in the X direction to the work position A, and transports the board W on which the component E is mounted at the work position A to the downstream side. The substrate transport device 30 includes a pair of conveyor belts 30A and 30B that are driven in circulation in the X direction, a conveyor drive motor 60 (see FIG. 6) that drives the conveyor belts 30A and 30B, and the like. The rear conveyor belt 30A is movable in the front-rear direction, and the interval between the two conveyor belts 30A and 30B can be adjusted according to the width of the substrate W.

図示しないバックアップ装置は作業位置Aの下方に配置されている。バックアップ装置は基板Wの品種に応じた位置にセットされている複数のバックアップピンを備えており、作業位置Aに基板Wが搬送されるとバックアップピンを上昇させて基板Wを下から支持する。 A backup device (not shown) is located below the work position A. The backup device includes a plurality of backup pins set at positions depending on the type of substrate W, and when the substrate W is transported to the work position A, the backup pins are raised to support the substrate W from below.

テープ部品供給装置31は部品実装装置32のY方向の両側においてX方向に並んで2箇所ずつ、計4箇所に配されている。これらのテープ部品供給装置31には複数のフィーダ35がX方向に横並び状に整列して取り付けられている。各フィーダ35は複数の部品Eが収容された部品テープが巻回されたリール、及び、リールから部品テープを引き出す電動式のテープ送出装置等を備えており、作業位置A側の端部に設けられた部品供給位置から部品Eを一つずつ供給する。 The tape component supply devices 31 are arranged at two locations on each side in the X direction on both sides of the component mounting device 32 in the Y direction, for a total of four locations. A plurality of feeders 35 are attached to these tape component supply devices 31 in a horizontally aligned manner in the X direction. Each feeder 35 is equipped with a reel around which a component tape containing a plurality of components E is wound, an electric tape feeding device for drawing out the component tape from the reel, and the feeder 35 is provided at the end on the working position A side. Components E are supplied one by one from the designated component supplying position.

なお、ここでは部品供給装置としてテープ部品供給装置31を例に説明するが、部品供給装置は部品Eが載置されているトレイを供給する所謂トレイフィーダであってもよいし、半導体ウェハを供給するものであってもよい。 Note that although the tape component supply device 31 will be described as an example of the component supply device here, the component supply device may be a so-called tray feeder that feeds a tray on which components E are placed, or a tray feeder that feeds a semiconductor wafer. It may be something that does.

部品実装装置32はヘッドユニット36、ヘッド搬送部37(移動部の一例)、基板撮像カメラ38、及び、2つの部品撮像カメラ39(撮像部の一例)を備えている。部品撮像カメラ39と制御部33(図6参照)とは実施形態1に係る三次元計測装置を構成している。 The component mounting apparatus 32 includes a head unit 36, a head transport section 37 (an example of a moving section), a board imaging camera 38, and two component imaging cameras 39 (an example of an imaging section). The component imaging camera 39 and the control unit 33 (see FIG. 6) constitute a three-dimensional measuring device according to the first embodiment.

ヘッドユニット36は複数(ここでは5個)の実装ヘッド40を備えており、それらの実装ヘッド40によって部品Eを吸着及び解放するものである。本実施形態に係るヘッドユニット36は所謂インライン型であり、複数の実装ヘッド40がX軸方向に並んで設けられている。ヘッドユニット36の構成については後述する。 The head unit 36 includes a plurality of (five in this case) mounting heads 40, and these mounting heads 40 attract and release the component E. The head unit 36 according to the present embodiment is of a so-called in-line type, and a plurality of mounting heads 40 are provided side by side in the X-axis direction. The configuration of the head unit 36 will be described later.

ヘッド搬送部37はヘッドユニット36を所定の可動範囲内でX方向及びY方向に搬送するものである。ヘッド搬送部37はヘッドユニット36をX方向に往復移動可能に支持しているビーム41、ビーム41をY方向に往復移動可能に支持している一対のY軸ガイドレール42、ヘッドユニット36をX方向に往復移動させるX軸サーボモータ56、ビーム41をY方向に往復移動させるY軸サーボモータ57などを備えている。 The head transport section 37 transports the head unit 36 in the X direction and the Y direction within a predetermined movable range. The head transport section 37 includes a beam 41 that supports the head unit 36 so that it can reciprocate in the X direction, a pair of Y-axis guide rails 42 that supports the beam 41 so that it can reciprocate in the Y direction, and It includes an X-axis servo motor 56 for reciprocating the beam 41 in the Y direction, a Y-axis servo motor 57 for reciprocating the beam 41 in the Y direction, and the like.

基板撮像カメラ38はヘッドユニット36に設けられている。基板撮像カメラ38は基板Wに付されている図示しないフィデューシャルマークを上から撮像して基板Wの位置や傾きなどを認識するためのものであり、撮像面を下に向けた姿勢で配されている。 A board imaging camera 38 is provided in the head unit 36. The board imaging camera 38 is used to take an image of a fiducial mark (not shown) attached to the board W from above to recognize the position and inclination of the board W, and is arranged with the imaging surface facing down. has been done.

2つの部品撮像カメラ39はそれぞれX軸方向に並んだ2つのテープ部品供給装置31の間に設けられている。部品撮像カメラ39は実装ヘッド40に吸着されている部品Eを下から撮像して部品Eの形状、実装ヘッド40に対する部品Eの位置、実装ヘッド40の中心軸線周りの部品Eの回転角度などを認識するためのものであり、撮像面を上に向けた姿勢で配されている。また、本実施形態では部品撮像カメラ39は部品Eの高さ計測にも用いられる。部品撮像カメラ39の構成については後述する。 The two component imaging cameras 39 are each provided between the two tape component supply devices 31 arranged in the X-axis direction. The component imaging camera 39 images the component E being attracted to the mounting head 40 from below, and detects the shape of the component E, the position of the component E with respect to the mounting head 40, the rotation angle of the component E around the central axis of the mounting head 40, etc. It is used for recognition purposes, and is placed with the imaging surface facing upward. Further, in this embodiment, the component imaging camera 39 is also used to measure the height of the component E. The configuration of the component imaging camera 39 will be described later.

図3を参照して、ヘッドユニット36の構成について説明する。ヘッドユニット36は5個の実装ヘッド40、各実装ヘッド40を個別に昇降させるZ軸サーボモータ58(図6参照)、各実装ヘッド40を一斉に軸周りに回転させるR軸サーボモータ59(図6参照、変更部の一例)などを備えている。 The configuration of the head unit 36 will be described with reference to FIG. 3. The head unit 36 includes five mounting heads 40, a Z-axis servo motor 58 (see FIG. 6) that raises and lowers each mounting head 40 individually, and an R-axis servo motor 59 (see FIG. 6) that rotates each mounting head 40 around an axis in unison. 6, an example of a change section), etc.

各実装ヘッド40はノズルシャフト40Aと、ノズルシャフト40Aの下端部に着脱可能に取り付けられている吸着ノズル40Bとを有している。吸着ノズル40Bにはノズルシャフト40Aを介して図示しない空気供給装置から負圧及び正圧が供給される。吸着ノズル40Bは負圧が供給されることによって部品Eを吸着し、正圧が供給されることによってその部品Eを解放する。 Each mounting head 40 has a nozzle shaft 40A and a suction nozzle 40B detachably attached to the lower end of the nozzle shaft 40A. Negative pressure and positive pressure are supplied to the suction nozzle 40B from an air supply device (not shown) via the nozzle shaft 40A. The suction nozzle 40B suctions the component E when negative pressure is supplied thereto, and releases the component E when positive pressure is supplied thereto.

なお、ここではインライン型のヘッドユニット36を例に説明したが、ヘッドユニット36は例えば複数の実装ヘッド40が円周上に配列された所謂ロータリーヘッドであってもよい。 Although the in-line type head unit 36 has been described here as an example, the head unit 36 may be, for example, a so-called rotary head in which a plurality of mounting heads 40 are arranged on the circumference.

図4を参照して、部品撮像カメラ39の構成について説明する。部品撮像カメラ39はY方向(主走査方向)に延びるライン状の光を部品Eの下面に斜め下から投影する第1の光源部39Aと、部品Eで反射された光を受光する受光部39Bとを備えている。 The configuration of the component imaging camera 39 will be described with reference to FIG. 4. The component imaging camera 39 includes a first light source section 39A that projects line-shaped light extending in the Y direction (main scanning direction) onto the lower surface of the component E from diagonally below, and a light receiving section 39B that receives the light reflected by the component E. It is equipped with

前述したように部品撮像カメラ39は部品Eの高さ計測にも用いられる。詳しくは後述するが、本実施形態では色の3属性(色相、彩度、明度)の一つである色相が連続して変化しているライン状のパターン光65(複数波長間の相対的な明るさが連続して変化しているパターン光の一例)を部品Eに投影して高さを計測する。即ち、パターン光65は、パターン光65の光軸に対して傾斜角度を有する平面上にて1方向に色相が連続的に変化することとなるパターン光ともいえる。 As described above, the component imaging camera 39 is also used to measure the height of the component E. Although details will be described later, in this embodiment, a line-shaped pattern light 65 (relative relationship between multiple wavelengths) whose hue, which is one of the three color attributes (hue, saturation, and brightness), continuously changes, is used. An example of patterned light whose brightness is continuously changing) is projected onto the component E and the height is measured. That is, the patterned light 65 can also be said to be patterned light whose hue changes continuously in one direction on a plane having an inclination angle with respect to the optical axis of the patterned light 65.

第1の光源部39Aはパターン光65を投影するためにカラー液晶プロジェクタとして構成されている。なお、第1の光源部39Aはパターン光65を投影できるものであればカラー液晶プロジェクタに限られない。例えば、第1の光源部39Aは透明なシートに描かれたパターン画像を投影するプロジェクタであってもよい。 The first light source section 39A is configured as a color liquid crystal projector to project pattern light 65. Note that the first light source section 39A is not limited to a color liquid crystal projector as long as it can project the patterned light 65. For example, the first light source section 39A may be a projector that projects a pattern image drawn on a transparent sheet.

受光部39Bは複数の受光素子がY方向(主走査方向)に1列に並ぶ図示しないラインセンサを3列有している。各列は互いに並列に配されており、それぞれR(赤)、G(緑)、B(青)のうち他の列とは異なる波長(色)の光だけを透過させるカラーフィルタが設けられている。3列のリニアセンサは第1の受光部の一例である。 The light receiving section 39B has three rows of line sensors (not shown) in which a plurality of light receiving elements are arranged in one row in the Y direction (main scanning direction). Each row is arranged in parallel with each other, and each row is provided with a color filter that transmits only light of a different wavelength (color) from among R (red), G (green), and B (blue). There is. The three rows of linear sensors are an example of the first light receiving section.

演算に用いる濃度が検出される1つの画素は上述した3つのラインセンサの隣接する受光素子ということになる。詳しくは後述するが、部品撮像カメラ39は上方を通過する部品Eを時系列で撮像する。このとき部品撮像カメラ39は部品Eの同一か所で反射された光が各ラインセンサに入射するよう、各ラインセンサが光を受光するタイミングを僅かにずらして受光する。このため3つの受光素子を1つの画素とみなすことができる。なお、より精度が求められる場合にはプリズム等により1ライン上の光が各ラインセンサに同時に分配される構成としてもよい。 One pixel from which the density used for calculation is detected is the adjacent light receiving element of the three line sensors mentioned above. As will be described in detail later, the component imaging camera 39 images the component E passing above in time series. At this time, the component imaging camera 39 receives light with the timing at which each line sensor receives the light being slightly shifted so that the light reflected at the same location on the component E is incident on each line sensor. Therefore, the three light receiving elements can be regarded as one pixel. Note that if higher accuracy is required, a configuration may be adopted in which light on one line is simultaneously distributed to each line sensor using a prism or the like.

部品Eによって反射されたパターン光65はラインセンサによって受光され、各受光素子の受光量に応じたアナログ電圧が画像処理部53(図6参照)に出力される。なお、部品撮像カメラ39はアナログ電圧をデジタルデータ(濃度)に変換して画像処理部53に出力してもよい。 The pattern light 65 reflected by the component E is received by the line sensor, and an analog voltage corresponding to the amount of light received by each light receiving element is output to the image processing section 53 (see FIG. 6). Note that the component imaging camera 39 may convert the analog voltage into digital data (density) and output it to the image processing section 53.

図5に示すように、制御部33はヘッド搬送部37を制御して部品Eが部品撮像カメラ39の上方をX方向(副走査方向)の上流側から下流側(あるいは下流側から上流側)に向かって通過するようにヘッドユニット36を搬送する。部品撮像カメラ39は上方を通過する部品Eを時系列で撮像することによって部品E全体を撮像する。 As shown in FIG. 5, the control unit 33 controls the head conveyance unit 37 so that the component E moves above the component imaging camera 39 from the upstream side to the downstream side (or from the downstream side to the upstream side) in the X direction (sub-scanning direction). The head unit 36 is conveyed so as to pass toward. The component imaging camera 39 images the entire component E by photographing the component E passing above in time series.

(1-2)表面実装機の電気的構成
図6を参照して、表面実装機15の電気的構成について説明する。表面実装機15は制御部33及び操作部34を備えている。
制御部33は演算処理部50、モータ制御部51、記憶部52、画像処理部53、外部入出力部54、フィーダ通信部55などを備えている。
(1-2) Electrical configuration of surface mounter The electrical configuration of the surface mounter 15 will be described with reference to FIG. The surface mounter 15 includes a control section 33 and an operation section 34.
The control section 33 includes an arithmetic processing section 50, a motor control section 51, a storage section 52, an image processing section 53, an external input/output section 54, a feeder communication section 55, and the like.

演算処理部50はCPU、ROM、RAMなどを備えている。ROMには制御プログラムや各種のデータなどが記憶されている。CPUは制御プログラムを実行することによって表面実装機15の各部を制御する。RAMはCPUが各種の処理を実行するための主記憶装置として用いられる。 The arithmetic processing unit 50 includes a CPU, ROM, RAM, and the like. The ROM stores control programs and various data. The CPU controls each part of the surface mounter 15 by executing a control program. The RAM is used as a main storage device for the CPU to execute various processes.

モータ制御部51は演算処理部50の制御の下でX軸サーボモータ56、Y軸サーボモータ57、Z軸サーボモータ58、R軸サーボモータ59、コンベア駆動モータ60などの各モータを回転させる。
記憶部52はハードディスクや不揮発性のメモリなどを記憶媒体として用いる外部記憶装置である。記憶部52には表面実装機15の動作を定義した生産プログラムなどの各種のデータが記憶される。生産プログラムには生産が予定されている基板Wの生産枚数や品種に関する情報、部品Eの実装座標や実装角度に関する情報、部品Eの実装順序に関する情報等が定義されている。
The motor control unit 51 rotates each motor such as an X-axis servo motor 56, a Y-axis servo motor 57, a Z-axis servo motor 58, an R-axis servo motor 59, and a conveyor drive motor 60 under the control of the arithmetic processing unit 50.
The storage unit 52 is an external storage device that uses a hard disk, nonvolatile memory, or the like as a storage medium. The storage unit 52 stores various data such as a production program that defines the operation of the surface mounter 15. The production program defines information regarding the number and types of boards W to be produced, information regarding the mounting coordinates and mounting angles of the components E, information regarding the mounting order of the components E, and the like.

画像処理部53は基板撮像カメラ38や部品撮像カメラ39から出力されたアナログ電圧をRGB毎に0~255の256階調のデジタルデータ(濃度)に変換することによってカラー画像データを作成する。画像処理部53は各波長の光の受光量が所定の値の場合に最大階調として出力されるように調整されている。更には、部品撮像カメラ39の第1の光源部39Aも投影するパターン光65の各波長の光の最大光量が256階調の最大階調となるように調整されている。
なお、基板撮像カメラ38や部品撮像カメラ39が直接デジタルデータ(濃度)を出力する場合は、画像処理部53は不要である。
The image processing unit 53 creates color image data by converting analog voltages output from the board imaging camera 38 and the component imaging camera 39 into digital data (density) of 256 gradations from 0 to 255 for each RGB. The image processing unit 53 is adjusted so that the maximum gradation is output when the amount of light received at each wavelength is a predetermined value. Furthermore, the first light source section 39A of the component imaging camera 39 is also adjusted so that the maximum amount of light of each wavelength of the pattern light 65 projected becomes the maximum gradation of 256 gradations.
Note that if the board imaging camera 38 or the component imaging camera 39 directly outputs digital data (density), the image processing unit 53 is not necessary.

外部入出力部54はいわゆるインターフェースであり、表面実装機15に設けられている各種センサ67から出力される検出信号が取り込まれるように構成されている。また、外部入出力部54は演算処理部50から出力される制御信号に基づいて各種アクチュエータ類68に対する動作制御を行うように構成されている。 The external input/output unit 54 is a so-called interface, and is configured to receive detection signals output from various sensors 67 provided in the surface mounter 15. Further, the external input/output unit 54 is configured to control the operation of various actuators 68 based on control signals output from the arithmetic processing unit 50.

フィーダ通信部55は演算処理部50がフィーダ35と通信するためのインターフェースである。
操作部34は液晶ディスプレイなどの表示装置や、タッチパネル、キーボード、マウスなどの入力装置を備えている。作業者は操作部34を操作して各種の設定などを行うことができる。
The feeder communication unit 55 is an interface for the arithmetic processing unit 50 to communicate with the feeder 35.
The operation unit 34 includes a display device such as a liquid crystal display, and an input device such as a touch panel, a keyboard, and a mouse. The operator can operate the operation unit 34 to make various settings.

(2)コプラナリティ
図4では部品Eの例としてSOP(Small Outline Package)を示している。SOPは部品本体の対向する2辺にリード電極61を有している。各リード電極61の最下面の高さにバラツキがあると部品Eを基板Wに搭載したときに一部のリード電極61が基板Wに接触しないことによって実装不良となる虞がある。
(2) Coplanarity FIG. 4 shows an SOP (Small Outline Package) as an example of the component E. The SOP has lead electrodes 61 on two opposing sides of the component body. If there is variation in the height of the bottom surface of each lead electrode 61, when the component E is mounted on the board W, some of the lead electrodes 61 may not come into contact with the board W, which may result in a mounting failure.

このため、制御部33は部品撮像カメラ39を用いて各リード電極61の最下面の高さを計測し、各リード電極61の最下面の高さの均一性(所謂コプラナリティ)を判断する。制御部33は、コプラナリティが悪い場合(即ち最下面の高さのバラツキが大きい場合)は部品不良として部品Eを廃棄ボックスに廃棄する。 Therefore, the control unit 33 measures the height of the lowermost surface of each lead electrode 61 using the component imaging camera 39, and determines the uniformity of the height of the lowermost surface of each lead electrode 61 (so-called coplanarity). When the coplanarity is poor (that is, when the variation in the height of the lowest surface is large), the control unit 33 discards the component E as a defective component in the disposal box.

ここで、図4において平面62は部品Eの高さを計測するときに吸着ノズル40Bの下端面が位置する平面である。以降の説明では平面62のことを基準平面62という。基準平面62は受光部39Bの光軸に対して垂直であること、即ち3つのラインセンサの受光素子の直線(もしくは受光部39Bがエリアセンサを有するものである場合はエリアセンサの受光素子の平面)と平行なことが好ましい。なお、受光部39Bの光軸に垂直な面に対して傾きがある場合には傾きを補正すればよい。 Here, in FIG. 4, a plane 62 is a plane on which the lower end surface of the suction nozzle 40B is located when measuring the height of the component E. In the following description, the plane 62 will be referred to as a reference plane 62. The reference plane 62 must be perpendicular to the optical axis of the light receiving part 39B, that is, the straight line of the light receiving elements of the three line sensors (or the plane of the light receiving element of the area sensor if the light receiving part 39B has an area sensor). ) is preferably parallel. Note that if there is a tilt with respect to a plane perpendicular to the optical axis of the light receiving section 39B, the tilt may be corrected.

以降の説明では部品Eの下面の任意の点と基準平面62との上下方向の距離をその点の高さという。本実施形態では部品Eの下面が基準平面62より上にある場合も下にある場合も高さを計測できる。部品Eの下面が基準平面62より上にある場合はマイナスの高さとなる。高さは基準平面62に対する変位量ということもできる。 In the following description, the vertical distance between an arbitrary point on the lower surface of the component E and the reference plane 62 will be referred to as the height of that point. In this embodiment, the height can be measured whether the lower surface of the component E is above or below the reference plane 62. If the lower surface of component E is above the reference plane 62, the height will be negative. The height can also be said to be the amount of displacement with respect to the reference plane 62.

ここでは部品EとしてSOPを例に説明したが、部品EはSOPに限られない。例えば部品EはQFP(Quad Flat Package)であってもよいし、下面に複数の半田ボールを有するBGA(Ball Grid Array)であってもよい。 Here, the explanation has been given using an SOP as an example of the part E, but the part E is not limited to the SOP. For example, the component E may be a QFP (Quad Flat Package) or a BGA (Ball Grid Array) having a plurality of solder balls on the bottom surface.

(3)部品撮像カメラを用いた高さ計測
以下の説明では部品Eの下面(パターン光65が投影される面)の色は無彩色であるとする。無彩色は白と黒との混合で得られる色であり、白、黒、グレーが含まれる。無彩色に限定する理由は、RGBの3波長からなるパターン光65は有彩色の面で反射されると色相(言い換えると各波長の光の相対的な明るさ)が変化するため、高さを精度よく計測できないからである。
(3) Height measurement using a component imaging camera In the following explanation, it is assumed that the color of the lower surface of the component E (the surface onto which the pattern light 65 is projected) is achromatic. Achromatic colors are colors obtained by mixing white and black, and include white, black, and gray. The reason why it is limited to achromatic colors is that when the pattern light 65 consisting of three wavelengths of RGB changes its hue (in other words, the relative brightness of each wavelength of light) when reflected from a chromatic surface, This is because it cannot be measured accurately.

(3―1)色相
先ず、図7を参照して、色相について説明する。前述したように色相は色の3属性(色相、彩度、明度)の一つであり、色合い、あるいは色調とも称される。彩度は色の鮮やかさであり、明度は色の明暗(明るさ)である。色相は色から彩度の要素と明度の要素とを取り除いた残りであるということもできる。
(3-1) Hue First, hue will be explained with reference to FIG. 7. As mentioned above, hue is one of the three attributes of color (hue, saturation, and lightness), and is also called hue or tone. Saturation is the vividness of a color, and value is the brightness (brightness) of a color. Hue can also be said to be the remainder after removing saturation and brightness elements from a color.

図7に模式的に示す色相環は色相を環状に表したものである。図7においてRは赤、Yは黄、Gは緑、Cはシアン、Bは青、Mはマゼンタを示している。以降の説明では色相環において赤を始点とした反時計回りの角度を色相値という。HSV表色系の場合は以下の式1から色相値を計算できる。式1は所定の演算式の一例であり、色相値は所定の演算式の演算値の一例である。

Figure 0007365477000001
・・・ 式1 The hue ring schematically shown in FIG. 7 is a ring-shaped representation of hue. In FIG. 7, R represents red, Y represents yellow, G represents green, C represents cyan, B represents blue, and M represents magenta. In the following explanation, the counterclockwise angle with red as the starting point on the hue wheel will be referred to as the hue value. In the case of the HSV color system, the hue value can be calculated from Equation 1 below. Equation 1 is an example of a predetermined arithmetic expression, and the hue value is an example of a calculated value of the predetermined arithmetic expression.
Figure 0007365477000001
... Formula 1

図4に示すパターン光65は、Y方向(所定の方向の一例)の前側から後側に向かって色相を0度~360度まで連続して一意に変化させることを2周期繰り返したものである。同一周期内では色相が連続して一意に変化しているので(言い換えると同じ色相が2度表れないので)、色相の1周期分のパターン光を受光して画素毎に色相値を計算すると全ての色相値がユニークな値となる。 The pattern light 65 shown in FIG. 4 is obtained by repeating two cycles of continuously and uniquely changing the hue from 0 degrees to 360 degrees from the front side to the rear side in the Y direction (an example of a predetermined direction). . Since the hue changes continuously and uniquely within the same cycle (in other words, the same hue does not appear twice), if the pattern light for one cycle of hue is received and the hue value is calculated for each pixel, all The hue value of is a unique value.

また、色相は色から彩度の要素と明度の要素とを取り除いた残りであるので、計算される色相値は部品Eの明るさ(表面の色が白か黒かグレーかという明るさ)や光源の明るさ(光源との距離が異なる等して明るさが異なるような場合を含む光源全体としての明るさであり、撮像対象の高さが部分的に異なって明るさが異なっても影響を受けない)に影響されない。 In addition, since hue is the remainder after removing the saturation element and lightness element from the color, the calculated hue value is the brightness of part E (the brightness of whether the surface color is white, black, or gray). Brightness of the light source (This is the brightness of the light source as a whole, including cases where the brightness differs due to differences in distance from the light source, etc., and even if the height of the imaged object differs partially and the brightness differs. not affected by

例えば、部品Eに所定の色相の光(R,G,B夫々の波長相互の光量が所定の比率の光)を投影し、部品Eで反射された光を受光して色相値を計算する場合、投影する光の色相が同じであれば部品Eの明るさや光源の明るさを変えても計算される色相値は同じになる。 For example, when projecting light of a predetermined hue onto component E (light with a predetermined ratio of light intensity of each wavelength of R, G, and B), and calculating the hue value by receiving the light reflected by component E. If the hue of the projected light is the same, the calculated hue value will be the same even if the brightness of the component E or the brightness of the light source is changed.

(3-2)パターン光の生成
図8及び図9を参照して、パターン光65を生成する方法について説明する。パターン光65を生成する方法としては種々の方法があるが、ここでは図8に示す台形波を用いる方法、及び、図9に示すsin波を用いる方法について説明する。
(3-2) Generation of patterned light A method for generating patterned light 65 will be described with reference to FIGS. 8 and 9. There are various methods for generating the pattern light 65, and here, a method using a trapezoidal wave shown in FIG. 8 and a method using a sine wave shown in FIG. 9 will be explained.

(3-2-1)台形波を用いる方法
図8(A)は台形波の一例である。図8(B)は図8(A)に示す台形波を用いて生成したパターン光65を基準平面62に投影して撮像されたカラー画像を示している。ここでは光の明るさを0(黒)~255(白)の256階調で表すものとする。
(3-2-1) Method using trapezoidal wave FIG. 8(A) is an example of a trapezoidal wave. FIG. 8(B) shows a color image captured by projecting the patterned light 65 generated using the trapezoidal wave shown in FIG. 8(A) onto the reference plane 62. Here, the brightness of light is expressed in 256 gradations from 0 (black) to 255 (white).

図8(A)に示すように、台形波を用いる方法ではRGBの各色の光の明るさを台形状に変化させ、それらの位相を1/3(=120度)ずつずらして重ね合わせる。具体的には、図8(A)に示す例では色相の1周期(360度)が6等分されている。赤色の光の明るさは、0度~60度の区間では255、60度~120度の区間では255~0まで直線的に変化、120度~240度の区間では0、240度~300度の区間では0~255まで直線的に変化、300度~360度の区間では255となっている。 As shown in FIG. 8A, in the method using a trapezoidal wave, the brightness of each color of RGB is changed in a trapezoidal manner, and their phases are shifted by 1/3 (=120 degrees) and overlapped. Specifically, in the example shown in FIG. 8A, one period (360 degrees) of hue is divided into six equal parts. The brightness of the red light changes linearly from 255 to 0 in the range 0 degrees to 60 degrees, 255 to 0 in the range 60 degrees to 120 degrees, 0 in the range 120 degrees to 240 degrees, and 240 degrees to 300 degrees. In the section, it changes linearly from 0 to 255, and in the section from 300 degrees to 360 degrees, it becomes 255.

緑色の光の明るさは、0度~60度の区間では0~255まで直線的に変化、60度~180度の区間では255、180度~240度の区間では255~0まで直線的に変化、240度~360度の区間では0となっている。
青色の光の明るさは、0度~120度の区間では0、120度~180度の区間では0~255まで直線的に変化、180度~300度の区間では255、300度~360度の区間では255~0まで直線的に変化している。
The brightness of green light changes linearly from 0 to 255 in the range of 0 degrees to 60 degrees, 255 in the range of 60 degrees to 180 degrees, and linearly from 255 to 0 in the range of 180 degrees to 240 degrees. The change is 0 in the range of 240 degrees to 360 degrees.
The brightness of blue light changes linearly from 0 to 255 in the range 0 degrees to 120 degrees, 0 to 255 in the range 120 degrees to 180 degrees, 255 in the range 180 degrees to 300 degrees, and 255 in the range 300 degrees to 360 degrees. In the section, it changes linearly from 255 to 0.

なお、ここでは台形波を例に説明したが、RGBいずれかの波形が連続して変化していれば台形波以外であってもよい。例えば二等辺三角形(左右対称が望ましい)であってもよい。また、左右対称でなくても(極端にはノコギリ波)でもよい。また、上述した台形波のように、RGBの光のうち少なくとも一つの明るさが連続して変化している区間では、他の色の光は明るさが変化しなくてもよい。 Note that although a trapezoidal wave has been described here as an example, other waveforms may be used as long as either RGB waveform changes continuously. For example, it may be an isosceles triangle (desirably symmetrical). Moreover, it does not have to be symmetrical (in the extreme, it may be a sawtooth wave). Further, like the trapezoidal wave described above, in a section where the brightness of at least one of the RGB lights changes continuously, the brightness of the other colors of light does not need to change.

(3-2-2)sin波を用いる方法
図9(A)はsin波の一例である。図9(B)は図9(A)に示すsin波を用いて生成したパターン光65を基準平面62に投影して撮像されたカラー画像を示している。図9(A)に示すように、sin波を用いる方法では、RGBの各色の光の明るさをsin波で変化させ、RGBの明るさの和が常に一定となるように位相を1/3(=120度)ずつずらして重ね合わせる。
(3-2-2) Method using sine waves FIG. 9(A) is an example of a sine wave. FIG. 9(B) shows a color image captured by projecting the patterned light 65 generated using the sine wave shown in FIG. 9(A) onto the reference plane 62. As shown in FIG. 9(A), in the method using sine waves, the brightness of each color of RGB light is changed by a sine wave, and the phase is changed by 1/3 so that the sum of the RGB brightnesses is always constant. (=120 degrees) and overlap.

図9(A)に示す例では、赤色の光は0度及び360度で明るさが255になり、180度で明るさが0になる。緑色の光は赤色の光に対して位相が120度ずれており、120度で明るさが255になり、300度で明るさが0になる。青色の光は赤色の光に対して位相が240度ずれており、60度で明るさが0になり、240度で明るさが255になる。 In the example shown in FIG. 9A, the brightness of red light is 255 at 0 degrees and 360 degrees, and 0 at 180 degrees. Green light is 120 degrees out of phase with red light, with a brightness of 255 at 120 degrees and 0 at 300 degrees. Blue light is 240 degrees out of phase with red light, with a brightness of 0 at 60 degrees and a brightness of 255 at 240 degrees.

なお、光源部39Aは所定の距離離れた基準平面62に台形波またはsin波の1周期のパターン光65を所定の長さに亘り投影することを2周期繰り返すが、この所定の長さは設計値として記憶部52に記憶されている。また、光源部39Aが基準平面62に対して固定されているので基準平面62の所定の位置にパターン光65が形成される。従って、パターン光65の各波長の光の明るさが連続的に変化する方向において所定の原点位置を決めることで、パターン光65の所定の位相位置は原点からの対応する所定の距離に位置することになる。 Note that the light source unit 39A repeats two cycles of projecting one cycle of trapezoidal or sine wave pattern light 65 over a predetermined length onto a reference plane 62 that is a predetermined distance apart, but this predetermined length is determined by design. It is stored in the storage unit 52 as a value. Furthermore, since the light source section 39A is fixed relative to the reference plane 62, pattern light 65 is formed at a predetermined position on the reference plane 62. Therefore, by determining a predetermined origin position in the direction in which the brightness of each wavelength of the pattern light 65 changes continuously, a predetermined phase position of the pattern light 65 is located at a corresponding predetermined distance from the origin. It turns out.

(3-3)高さ計測の手順
図10に示すように、便宜上、ここでは部品E1と部品E2とを同時に撮像してそれらの高さを計測する場合を例に説明する(なお、通常、実装ヘッド40に吸着されている部品Eは一つずつ撮像される)。また、ここでは1周期のパターン光65を位相接続して2周期分のパターン光65(図8に示される台形波または図9に示されるsin波)を投影する場合を例に説明する。
(3-3) Height measurement procedure As shown in FIG. 10, for convenience, here we will explain the case where the parts E1 and E2 are imaged simultaneously and their heights are measured (note that normally, The components E being attracted to the mounting head 40 are imaged one by one). Further, here, an example will be described in which one period of pattern light 65 is phase-connected and two periods of pattern light 65 (trapezoidal wave shown in FIG. 8 or sine wave shown in FIG. 9) is projected.

図11に示す画像70は部品撮像カメラ39によって図10に示されるパターン光65が投影された部品E1及び部品E2を撮像したカラー画像(画像の一例)である。カラー画像70の各画素のRGB毎の濃度は夫々0~255の256階調で表される。カラー画像70において矩形領域71は部品E1の下面を示しており、矩形領域72は部品E2の下面を示している。 An image 70 shown in FIG. 11 is a color image (an example of an image) taken by the component imaging camera 39 of the component E1 and the component E2 on which the patterned light 65 shown in FIG. 10 is projected. The density of each RGB of each pixel of the color image 70 is expressed by 256 gradations from 0 to 255, respectively. In the color image 70, a rectangular area 71 indicates the lower surface of the component E1, and a rectangular area 72 indicates the lower surface of the component E2.

なお、パターン光65が斜めから投影されるのでカラー画像70には部品Eの影となる部分が生じるが、簡単化のためカラー画像70では影を省略している。また、部品Eの形状によっては矩形領域71や矩形領域72に影が生じる場合もあるが、図11に示す部品Eは下面がフラットであるので矩形領域71や矩形領域72に影は生じていない。 Note that since the pattern light 65 is projected obliquely, a portion that becomes a shadow of the component E appears in the color image 70, but the shadow is omitted in the color image 70 for the sake of simplicity. Furthermore, depending on the shape of the component E, a shadow may appear on the rectangular area 71 or the rectangular area 72, but since the lower surface of the component E shown in FIG. .

画像73は図示しない無彩色(例えば白)の基準板を基準平面62と一致するように配置し、その状態で部品撮像カメラ39によって図10に示されるパターン光65が投影された基準板を撮像したカラー画像を前述した式1によって色相値に変換し、さらにその色相値を明るさ(濃度)に変換して表示した画像である。以下、この色相値を基準平面62内の位置毎に記憶したマップを基準平面色相マップという。なお、基準平面62内の位置は部品撮像カメラ39の画素の位置で表される。 The image 73 is obtained by arranging an achromatic (for example, white) reference plate (not shown) so as to coincide with the reference plane 62, and in this state, the component imaging camera 39 images the reference plate onto which the patterned light 65 shown in FIG. 10 is projected. This is an image that is displayed by converting the color image into hue values using the above-mentioned equation 1, and then converting the hue values into brightness (density). Hereinafter, a map in which hue values are stored for each position within the reference plane 62 will be referred to as a reference plane hue map. Note that the position within the reference plane 62 is represented by the position of a pixel of the component imaging camera 39.

基準平面色相マップを明度で表示した画像73の各画素の濃度は0~359度の360階調で表される。実施形態1では、予め表面実装機15の工場出荷時などに基準平面色相マップが作成されて記憶部52に記憶されているものとする。
基準平面色相マップの作成では、1ライン分のパターン光65が投影される大きさのY方向に延びる細長い無彩色(例えば白)の基準板が基準平面62に重なるように配置される。そして、部品撮像カメラ39によってその基準板に1ライン分のパターン光65が投影され、基準板で反射されたパターン光65をラインセンサによって波長毎に受光した受光量から1ライン分の基準平面色相マップが作成される。図7に示す画像73はY方向に延びる1ライン分の基準平面色相マップを示す画像をX方向に複数並列に並べたものであり、記憶部52に記憶されている基準平面色相マップは1ライン分だけである。
The density of each pixel of the image 73, which represents the reference plane hue map in lightness, is expressed in 360 gradations from 0 to 359 degrees. In the first embodiment, it is assumed that a reference plane hue map is created and stored in the storage unit 52 in advance, such as when the surface mounter 15 is shipped from the factory.
In creating the reference plane hue map, an elongated achromatic (for example, white) reference plate extending in the Y direction and having a size on which one line of pattern light 65 is projected is arranged so as to overlap with the reference plane 62. Then, one line of pattern light 65 is projected onto the reference plate by the component imaging camera 39, and the reference plane hue for one line is determined from the amount of light received by the line sensor for each wavelength of the pattern light 65 reflected by the reference plate. A map is created. An image 73 shown in FIG. 7 is a plurality of images in which reference plane hue maps for one line extending in the Y direction are arranged in parallel in the X direction, and the reference plane hue map stored in the storage unit 52 is for one line. It's only a minute.

前述したように、画像73は基準平面マップの一例を画像として示すものである。基準平面色相マップは基準平面62と一致する基準板に投影されたパターン光を撮像することなしに、図8または図9に示す理論値通りの波形のパターン光65が基準平面62に投影された場合を想定してその位置毎のRGBの値を式1にて計算して求めて位置毎に記憶してもよい。位置毎は想定される部品撮像カメラ39の画素毎でもよいし、それとは異なる距離間隔毎に記憶してもよい。
更には、あえて基準平面マップとして予め記憶しておかず、対象物の高さを算出する際に演算により個々の位置の色相値を求めてもよい。
As described above, the image 73 shows an example of the reference plane map as an image. The reference plane hue map is obtained by projecting pattern light 65 having a waveform according to the theoretical value shown in FIG. 8 or 9 onto the reference plane 62 without imaging the pattern light projected onto the reference plate that matches the reference plane 62 The RGB values for each position may be calculated using Equation 1 and stored for each position. Each position may be stored for each assumed pixel of the component imaging camera 39, or may be stored for each different distance interval.
Furthermore, instead of storing the reference plane map in advance, the hue value at each position may be determined by calculation when calculating the height of the object.

グラフ74は基準平面色相マップを示す画像73の直線75上の画素の色相値を表すグラフである。グラフ74の横軸は基準平面上の位置を示す画素数(即ち基準平面62上の基準位置からの距離)であり、縦軸は0から359度の色相値である。
グラフ74に示すように、パターン光65は1周期内では色相が略リニア(略直線状)に変化している(即ち1周期内では色相が連続して一意に変化している)。なお、パターン光65は1周期内で色相が連続して一意に変化していればよく、必ずしもリニアに変化するものに限定されない。
A graph 74 is a graph representing the hue values of pixels on the straight line 75 of the image 73 indicating the reference plane hue map. The horizontal axis of the graph 74 is the number of pixels indicating the position on the reference plane (that is, the distance from the reference position on the reference plane 62), and the vertical axis is the hue value from 0 to 359 degrees.
As shown in the graph 74, the hue of the patterned light 65 changes approximately linearly within one period (that is, the hue changes continuously and uniquely within one period). Note that the patterned light 65 only needs to have a hue that changes continuously and uniquely within one period, and is not necessarily limited to one that changes linearly.

画像76はカラー画像70の各画素のRGB毎の濃度を前述した式1によって色相値に変換した画像(正確には色相値をさらに明度(濃度)に変換した白黒画像であり、以下、色相変換画像76という)である。色相変換画像76の各画素の濃度も360階調で表される。
グラフ77は色相変換画像76の直線78上の画素の色相値を表すグラフである。グラフ77の横軸は基準平面上の位置を示す画素数であり、縦軸は0から359度の色相値である。
The image 76 is an image obtained by converting the density of each RGB of each pixel of the color image 70 into a hue value using Equation 1 described above (more precisely, it is a black and white image in which the hue value is further converted into brightness (density), and hereinafter referred to as hue conversion. (referred to as image 76). The density of each pixel in the hue-converted image 76 is also expressed in 360 gradations.
A graph 77 is a graph representing the hue values of pixels on the straight line 78 of the hue-converted image 76. The horizontal axis of the graph 77 is the number of pixels indicating the position on the reference plane, and the vertical axis is the hue value from 0 to 359 degrees.

画像79は色相変換画像76の各画素の色相値から基準平面色相マップを示す画像73の対応する画素の色相値を減じた画像(以下、色相差画像79という)である。
グラフ80は色相差画像79の直線81上の画素の色相値を表すグラフである。グラフ80の横軸は画素数であり、縦軸は0から359度の色相値である。なお、直線75,78,81は基準平面62上の同じ直線であるものとする。
The image 79 is an image obtained by subtracting the hue value of the corresponding pixel of the image 73 representing the reference plane hue map from the hue value of each pixel of the hue conversion image 76 (hereinafter referred to as the hue difference image 79).
A graph 80 is a graph representing the hue values of pixels on the straight line 81 of the hue difference image 79. The horizontal axis of the graph 80 is the number of pixels, and the vertical axis is the hue value from 0 to 359 degrees. It is assumed that the straight lines 75, 78, and 81 are the same straight line on the reference plane 62.

例えば、色相変換画像76のグラフ77のX方向(横軸方向)の位置(画素番号)P1について考える。便宜上、ここでは位置P1の色相値が200度であるとする。基準平面色相マップを示す画像73のグラフ74では、色相値が200度となる位置は位置P2である。即ち、部品E1がなければ位置P2で受光されていた光が、部品E1があることによって位置P1で受光されている。 For example, consider the position (pixel number) P1 in the X direction (horizontal axis direction) of the graph 77 of the hue conversion image 76. For convenience, it is assumed here that the hue value at position P1 is 200 degrees. In the graph 74 of the image 73 showing the reference plane hue map, the position where the hue value is 200 degrees is position P2. That is, the light that would have been received at position P2 if component E1 was not present is now received at position P1 due to the presence of component E1.

この場合、図12に示すように、第1の光源部39Aから投影されるパターン光65の傾きをθとすると、位置P1と位置P2との距離(画素数)とパターン光65の傾きθとから位置P1における部品E1の高さを計算できる。具体的には、以下に示す式2によって高さを計算できる。
高さ=位置P1と位置P2との距離×tanθ ・・・ 式2
In this case, as shown in FIG. 12, if the inclination of the patterned light 65 projected from the first light source section 39A is θ, then the distance (number of pixels) between the positions P1 and P2 and the inclination θ of the patterned light 65 are The height of component E1 at position P1 can be calculated from . Specifically, the height can be calculated using Equation 2 shown below.
Height = distance between position P1 and position P2 x tanθ... Formula 2

上述した式2によって計算される高さの単位は画素数である。なお、所定の比例係数を乗算することによって単位を画素数から基準平面62上の距離[m]に変換することもできる。 The unit of the height calculated by the above equation 2 is the number of pixels. Note that the unit can also be converted from the number of pixels to the distance [m] on the reference plane 62 by multiplying by a predetermined proportionality coefficient.

なお、パターン光65が平行光でない場合は、パターン光65が投影された領域内の位置によってパターン光65の傾きθが異なる。このため、パターン光65が平行光でない場合は位置に応じて傾きθを補正してもよい。 Note that when the pattern light 65 is not parallel light, the inclination θ of the pattern light 65 differs depending on the position within the region onto which the pattern light 65 is projected. Therefore, if the pattern light 65 is not parallel light, the inclination θ may be corrected depending on the position.

ところで、画像73の基準平面色相マップのグラフ74で示されるように、本実施形態では位置(画素番号)と色相値とが略リニアに対応しているので、画像73の基準平面色相マップにおける位置P1の色相値と色相変換画像76における位置P1の色相値との差(色相差)は、位置P1と位置P2との距離に略正比例する。このため、本実施形態では、制御部33は位置P1と位置P2との距離からではなく、色相差から位置P1の高さを計算する。 By the way, as shown in the graph 74 of the reference plane hue map of the image 73, in this embodiment, the position (pixel number) and the hue value correspond approximately linearly. The difference (hue difference) between the hue value of P1 and the hue value of position P1 in the hue conversion image 76 is approximately directly proportional to the distance between position P1 and position P2. Therefore, in the present embodiment, the control unit 33 calculates the height of the position P1 from the hue difference rather than from the distance between the positions P1 and P2.

具体的には、制御部33は、位置P1の色相値と色相変換画像76における位置P1の色相値との差(色相差)が位置P1と位置P2との距離に正比例すると看做せる場合には、位置P1における色相差を色相差画像79から取得し、以下の式3によって高さを計算する。
高さ=色相差×tanθ ・・・ 式3
Specifically, when the control unit 33 considers that the difference (hue difference) between the hue value at the position P1 and the hue value at the position P1 in the hue conversion image 76 is directly proportional to the distance between the positions P1 and P2, acquires the hue difference at position P1 from the hue difference image 79, and calculates the height using Equation 3 below.
Height = Hue difference x tanθ... Formula 3

色相差と距離とに比例関係があるので、上述した式3によって計算される高さの単位は画素数と等価である。このため、所定の比例係数を乗算することによって単位を画素数に変換することもできる。また、別の比例係数を乗算することによって基準平面62上の距離[m]に変換することもできる。 Since there is a proportional relationship between the hue difference and the distance, the unit of height calculated by Equation 3 above is equivalent to the number of pixels. Therefore, the unit can also be converted into the number of pixels by multiplying by a predetermined proportionality coefficient. Furthermore, it can also be converted to a distance [m] on the reference plane 62 by multiplying by another proportionality coefficient.

なお、位置(画素番号)と色相値とは一対一で対応していればよく、必ずしもリニアに対応していなくてもよい。位置と色相値とがリニアに対応していない場合は前述した式2によって高さを計算すればよい。即ち、位置P1の色相値を取得し、基準平面色相マップに記憶された色相値からこの色相値と同じ色相値を有する位置P2を検索して式2により計算すればよい。 Note that the position (pixel number) and the hue value only need to correspond one-to-one, and do not necessarily have to correspond linearly. If the position and hue value do not correspond linearly, the height may be calculated using Equation 2 described above. That is, the hue value at position P1 may be obtained, and the position P2 having the same hue value as this hue value may be searched from the hue values stored in the reference plane hue map, and the calculation may be performed using Equation 2.

(4)部品の明るさを表す多値画像の作成
図13に示すように、部品Eの下面に文字や極性マークなどの図形85が部品Eの下面の明るさ(明度)とは異なる明るさで表記されている場合がある。制御部33は、部品Eの高さを計測する過程で作成されたカラー画像70から部品Eの下面の明るさを表す多値画像を作成し、作成した多値画像を解析して図形85を認識する。
(4) Creation of a multivalued image representing the brightness of the component As shown in FIG. It may be written as . The control unit 33 creates a multivalued image representing the brightness of the lower surface of the component E from the color image 70 created in the process of measuring the height of the component E, analyzes the created multivalued image, and generates the figure 85. recognize.

以下、カラー画像70から部品Eの下面の明るさを表す多値画像を作成する方法について説明する。多値画像を作成する方法はパターン光65を作成する方法によって異なる。ここでは多値画像を作成する方法を、パターン光65を作成する方法毎に説明する。 A method for creating a multivalued image representing the brightness of the lower surface of the component E from the color image 70 will be described below. The method for creating a multivalued image differs depending on the method for creating the patterned light 65. Here, the method of creating a multivalued image will be explained for each method of creating the patterned light 65.

(4-1)台形波を用いてパターン光を作成する場合
前述した図8(A)に示すように、台形波は常にRGBのいずれかの値が最大値となっている。このため、制御部33は、以下の式4に示すように、カラー画像70から画素毎にRGBの明るさ(濃度)の最大値を取得することで多値画像を作成する。図8(A)の台形波の場合、位置(画素)毎の最大値は常に最大の濃度であるので一定の明るさが得られる。
明るさ=Max(R,G,B) ・・・ 式4
(4-1) When creating a patterned light using a trapezoidal wave As shown in FIG. 8(A) described above, the trapezoidal wave always has a maximum value of one of RGB. Therefore, the control unit 33 creates a multivalued image by obtaining the maximum value of RGB brightness (density) for each pixel from the color image 70, as shown in Equation 4 below. In the case of the trapezoidal wave in FIG. 8A, the maximum value for each position (pixel) is always the maximum density, so a constant brightness can be obtained.
Brightness = Max (R, G, B) ... Formula 4

(4-2)sin波を用いてパターン光を作成する場合
前述した図9(A)に示すように、sin波はRGBの明るさの和が常に一定となっている。このため、制御部33は、以下の式5に示すように、カラー画像70から画素毎にRGBの明るさ(濃度)の和を取得することで多値画像を作成する。
明るさ=R+G+B ・・・ 式5
(4-2) When creating pattern light using a sine wave As shown in FIG. 9(A) described above, the sum of RGB brightness of a sine wave is always constant. Therefore, the control unit 33 creates a multivalued image by obtaining the sum of RGB brightness (density) for each pixel from the color image 70, as shown in Equation 5 below.
Brightness=R+G+B... Formula 5

(5)実施形態の効果
実施形態1に係る三次元計測装置(部品撮像カメラ39及び制御部33)によると、色相が連続して変化しているパターン光65を部品Eに投影する。パターン光65を用いると部品Eの明るさやパターン光65自体の明るさによらず位置毎に色相値が一意の値になるので、位相シフト法のように同一領域を複数回撮像しなくても高さを計測できる。また、光切断法のようにラインに直交する方向の画素数分ラインを移動撮像しなくても高さを計測できる。このため位相シフト法や光切断法に比べて短時間で部品Eの高さを計測できる。
(5) Effects of Embodiment According to the three-dimensional measuring device (component imaging camera 39 and control unit 33) according to the first embodiment, patterned light 65 whose hue is continuously changing is projected onto the component E. When the patterned light 65 is used, the hue value becomes a unique value for each position regardless of the brightness of the component E or the brightness of the patterned light 65 itself, so there is no need to image the same area multiple times as in the phase shift method. Can measure height. Furthermore, the height can be measured without moving and imaging the line by the number of pixels in the direction perpendicular to the line, as in the optical section method. Therefore, the height of the component E can be measured in a shorter time than with the phase shift method or the optical cutting method.

三次元計測装置によると、受光部39Bとしてラインセンサを用いるので、部品撮像カメラ39と部品Eとを相対移動させる移動量を変えることで、部品Eの大きさに応じて撮像範囲を変えることができる。また、パターン光65の照射範囲を狭めることができるので、三次元計測装置のサイズを小さくできる。 According to the three-dimensional measuring device, since a line sensor is used as the light receiving section 39B, the imaging range can be changed according to the size of the component E by changing the amount of relative movement between the component imaging camera 39 and the component E. can. Furthermore, since the irradiation range of the patterned light 65 can be narrowed, the size of the three-dimensional measuring device can be reduced.

三次元計測装置によると、部品Eの高さを計測する過程で作成されるカラー画像70から部品Eの下面の明るさを表す多値画像を作成するので、部品E全体を一度撮像することで、部品Eの高さの計測と部品Eの下面に表記されている図形85の認識とを行うことができる。 According to the three-dimensional measuring device, a multivalued image representing the brightness of the lower surface of the component E is created from the color image 70 created in the process of measuring the height of the component E, so by imaging the entire component E at once, , the height of the component E can be measured and the figure 85 written on the bottom surface of the component E can be recognized.

<実施形態2>
前述した実施形態1は第1の光源部39Aがライン状のパターン光を投影するものであり、受光部39Bとしてラインセンサを用いるものである。そして、実施形態1では1ライン分の基準平面色相マップが記憶部52に記憶されている。
<Embodiment 2>
In the first embodiment described above, the first light source section 39A projects a line-shaped pattern of light, and a line sensor is used as the light receiving section 39B. In the first embodiment, the reference plane hue map for one line is stored in the storage unit 52.

これに対し、実施形態2に係る第1の光源部39Aは面状のパターン光を投影するものであり、受光部39BはRGBの各色の受光素子が所定の配列パターンで二次元配列されたカラーエリアセンサ(以下、単にエリアセンサという)である。実施形態2では面状の基準板を用いて基準平面色相マップが作成される。具体的には、第1の光源部39Aによって面状の基準板に面状のパターン光が投影され、基準板で反射されたパターン光をエリアセンサによって波長毎に受光した光の受光量に基づいて基準平面色相マップが作成される。 On the other hand, the first light source section 39A according to the second embodiment projects planar pattern light, and the light receiving section 39B is a color light receiving section in which light receiving elements of each color of RGB are two-dimensionally arranged in a predetermined arrangement pattern. This is an area sensor (hereinafter simply referred to as an area sensor). In the second embodiment, a reference plane hue map is created using a planar reference plate. Specifically, planar pattern light is projected onto a planar reference plate by the first light source unit 39A, and the area sensor receives the pattern light reflected by the reference plate based on the amount of light received for each wavelength. A reference plane hue map is created.

実施形態2に係る基準平面色相マップは二次元データであるので実施形態1の基準平面色相マップに比べてデータ量が多くなる。このため、実施形態2では基準平面色相マップのデータ量を削減して記憶する。ここでは基準平面色相マップのデータ量を削減する方法として2つの方法について説明する。 Since the reference plane hue map according to the second embodiment is two-dimensional data, the amount of data is larger than that of the reference plane hue map according to the first embodiment. Therefore, in the second embodiment, the amount of data of the reference plane hue map is reduced and stored. Here, two methods will be described as methods for reducing the amount of data of the reference plane hue map.

(1)方法1
図14(A)を参照して、方法1について説明する。方法1では、基準板を撮像して作成された基準平面色相マップにおいて、パターン光の各波長の光の明るさが変化する方向(図14において左右方向)を行方向と定義し、当該方向に直交する方向(図14において上下方向)を列方向と定義したとき、列毎に色相値を平均した平均値(以下、代表色相値という)を記憶部52に記憶させておく。
(1) Method 1
Method 1 will be explained with reference to FIG. 14(A). In method 1, in the reference plane hue map created by imaging the reference plate, the direction in which the brightness of each wavelength of pattern light changes (the left-right direction in FIG. 14) is defined as the row direction, and the direction in which the brightness of each wavelength of pattern light changes is defined as the row direction. When the orthogonal direction (vertical direction in FIG. 14) is defined as the column direction, the average value (hereinafter referred to as representative hue value) obtained by averaging the hue values for each column is stored in the storage unit 52.

制御部33は、記憶部52に記憶されている列毎の代表色相値を基準平面色相マップとして用いる。具体的には、制御部33は色相変換画像76の各画素からその画素が位置している列の代表色相値を減算することによって色相差画像79を作成する。 The control unit 33 uses the representative hue value for each column stored in the storage unit 52 as a reference plane hue map. Specifically, the control unit 33 creates the hue difference image 79 by subtracting from each pixel of the hue conversion image 76 the representative hue value of the column in which the pixel is located.

(2)方法2
図14(B)を参照して、方法2について説明する。基準平面62を撮像する場合、第1の光源部39Aと受光部39Bとの相対的な角度がずれていることにより、図14(B)に示すように斜めに傾いた平面部分について基準平面色相マップが作成される場合がある。この場合、方法1のように各列の代表色相値だけを記憶部52に記憶すると、基準平面色相マップ上部(列方向の一方の端部の一例)の色相値、及び、基準平面色相マップ下部(列方向の他方の端部の一例)の色相値が代表色相値と大きく異なってしまう。
(2) Method 2
Method 2 will be explained with reference to FIG. 14(B). When capturing an image of the reference plane 62, the relative angle between the first light source section 39A and the light receiving section 39B is shifted, so that the reference plane hue is different from the oblique plane part as shown in FIG. 14(B). A map may be created. In this case, if only the representative hue values of each column are stored in the storage unit 52 as in Method 1, the hue values at the top of the reference plane hue map (an example of one end in the column direction) and the bottom part of the reference plane hue map (an example of the other end in the column direction) is significantly different from the representative hue value.

このため、方法2では、基準板を撮像して作成された基準平面色相マップにおいて、基準平面色相マップ上部の所定数の行(例えば2~3行)について列毎に色相値の平均値を記憶部52に記憶させておくとともに、基準平面色相マップ下部の所定数の行について列毎に色相値の平均値を記憶部52に記憶させておく。
制御部33は、記憶部52に記憶されている基準平面色相マップ上部の所定数の行の列毎の平均値と基準平面色相マップ下部の所定数の行の列毎の平均値とから基準平面色相マップの各行を線形補間することにより、斜めに傾いた基準平面色相マップを復元する。
Therefore, in method 2, in the reference plane hue map created by imaging the reference plate, the average value of hue values is stored for each column for a predetermined number of rows (for example, 2 to 3 rows) at the top of the reference plane hue map. In addition, the average value of hue values for each column of a predetermined number of rows at the bottom of the reference plane hue map is stored in the storage unit 52.
The control unit 33 determines the reference plane from the average value for each column of a predetermined number of rows at the upper part of the reference plane hue map and the average value for each column of a predetermined number of rows at the lower part of the reference plane hue map, which are stored in the storage unit 52. By linearly interpolating each row of the hue map, the oblique reference plane hue map is restored.

(3)実施形態の効果
方法1によると、列毎に色相値を平均した平均値(代表色相値)を記憶部52に記憶させるので、記憶部52に記憶させるデータ量は基準平面色相マップの1行分のデータ量となる。このため、基準平面色相マップ全体を記憶させておく場合に比べて記憶部52の記憶領域を節約できる。
(3) Effects of Embodiment According to method 1, the average value (representative hue value) obtained by averaging the hue values for each column is stored in the storage unit 52, so the amount of data stored in the storage unit 52 is equal to that of the reference plane hue map. This is the amount of data for one line. Therefore, the storage area of the storage unit 52 can be saved compared to the case where the entire reference plane hue map is stored.

方法2によると、列方向の一方の端部の所定数の行の列毎の平均値と他方の端部の所定数の行の列毎の平均値とを記憶部52に記憶させておくので、基準平面色相マップ全体を記憶させておく場合に比べて記憶部52の記憶領域を節約できる。そして、方法2によると、それらの平均値から基準平面色相マップを復元するので、傾いた状態の基準平面色相マップを復元できる。このため、第1の光源部39Aと受光部39Bとの相対角度が傾いていても高さを精度よく計測できる。 According to method 2, the average value for each column of a predetermined number of rows at one end in the column direction and the average value for each column of a predetermined number of rows at the other end are stored in the storage unit 52. , the storage area of the storage unit 52 can be saved compared to the case where the entire reference plane hue map is stored. According to method 2, the reference plane hue map is restored from those average values, so that the reference plane hue map in a tilted state can be restored. Therefore, even if the relative angle between the first light source section 39A and the light receiving section 39B is tilted, the height can be accurately measured.

<実施形態3>
前述した実施形態1では基準板を撮像することによって基準平面色相マップを作成する場合を例に説明した。実施形態3では基準平面色相マップを作成する他の方法について説明する。
<Embodiment 3>
In the first embodiment described above, the case where the reference plane hue map is created by capturing an image of the reference plate has been described as an example. In the third embodiment, another method for creating a reference plane hue map will be described.

(1)他の方法1
他の方法1は計算によって基準平面色相マップを作成する方法である。具体的には例えば、制御部33は前述した図8(A)や図9(A)に示すRGB各色の光の明るさ(0~255)を角度毎に色相値に変換することによって基準平面色相マップを論理的に作成する。例えば図8(A)に示す120度の場合、制御部33は120度におけるRGB各色の光の明るさ(0,255,0)を前述した式1に代入することによって色相値に変換する。
(1) Other method 1
Another method 1 is to create a reference plane hue map by calculation. Specifically, for example, the control unit 33 converts the brightness (0 to 255) of the light of each RGB color shown in FIG. Create hue maps logically. For example, in the case of 120 degrees as shown in FIG. 8A, the control unit 33 converts the brightness of each RGB color light (0, 255, 0) at 120 degrees into the above-mentioned equation 1 to convert it into a hue value.

上述した120度は位相値である。位相値は基準平面62における位置、即ち位相原点からの距離(例えばX)になる。距離XにおけるRGBの各色の光の明るさは台形波あるいはsin波の関数となる。従って、色相値は距離Xの関数で表される。色相値が距離Xの関数であるので、色相値からその色相値のあるべき位置が計算できる。前述しているが、これから基準平面色相マップに記憶してもよいし、基準平面色相マップに記憶しないで計算式だけを記憶しておいてもよい。 The above-mentioned 120 degrees is a phase value. The phase value is the position on the reference plane 62, that is, the distance (for example, X) from the phase origin. The brightness of each RGB color light at distance X is a function of a trapezoidal wave or a sine wave. Therefore, the hue value is expressed as a function of distance X. Since the hue value is a function of the distance X, the position where the hue value should be can be calculated from the hue value. As described above, it may be stored in the reference plane hue map, or only the calculation formula may be stored without being stored in the reference plane hue map.

他の方法1は、計算した色相値(設計値)のパターン光65を第1の光源部39Aが忠実に再現でき、また、受光部39Bもそのパターン光65を受光して上述した設計値を忠実に再現できる場合(あるいは忠実に再現できると見做せる場合)に適用できる。 Another method 1 is that the first light source section 39A can faithfully reproduce the pattern light 65 of the calculated hue value (design value), and the light receiving section 39B can also receive the pattern light 65 and reproduce the above-mentioned design value. It can be applied when it can be faithfully reproduced (or when it can be considered that it can be faithfully reproduced).

(2)他の方法2
図15を参照して、他の方法2について説明する。他の方法2では部品撮像カメラ39の撮像範囲86の左側、又は、撮像範囲86の右側、あるいはその両方にY方向に延びる細長い無彩色(例えば白)の基準板87を配置する。制御部33は基準板87で反射されたパターン光65を波長毎に受光した受光量から変換された各画素の濃度から色相値を計算することによって部分的なマップを作成する。そして、制御部33は作成した部分的なマップから前述した実施形態2の方法1や方法2と同様にして基準平面色相マップの他の部分を補間することによって基準平面色相マップを作成する。
(2) Other method 2
Other method 2 will be described with reference to FIG. 15. In another method 2, an elongated achromatic (for example, white) reference plate 87 extending in the Y direction is arranged on the left side of the imaging range 86 of the component imaging camera 39, on the right side of the imaging range 86, or both. The control unit 33 creates a partial map by calculating a hue value from the density of each pixel converted from the amount of light received for each wavelength of the pattern light 65 reflected by the reference plate 87. Then, the control unit 33 creates a reference plane hue map by interpolating other parts of the reference plane hue map from the created partial map in the same manner as method 1 and method 2 of the second embodiment described above.

(3)実施形態の効果
他の方法1では基準平面色相マップを記憶部52に記憶しておかなくてよいので、記憶部52の記憶領域を節約できる。また、他の方法1では基準板を用いずに基準平面色相マップを作成するので、基準板を用いる場合に比べて簡素な構成で基準平面色相マップを作成できる。
(3) Effects of the Embodiment In other method 1, it is not necessary to store the reference plane hue map in the storage unit 52, so the storage area of the storage unit 52 can be saved. In addition, in the other method 1, the reference plane hue map is created without using a reference plate, so the reference plane hue map can be created with a simpler configuration than when using a reference plate.

他の方法2では基準平面色相マップを記憶部52に記憶しておかなくてよいので、記憶部52の記憶領域を節約できる。また、他の方法2では基準平面色相マップ全体を一度に作成できる大きな基準板を用いる場合に比べて基準板87を小さくできる。また、他の方法2では定期的に基準板87を撮像して基準平面色相マップを作成することにより(あるいは部品Eの高さを計測するときにその都度基準板87を撮像して基準平面色相マップを作成することにより)、第1の光源部39Aの明るさや受光部39Bの受光感度が経時変化しても計測精度の低下を抑制できる。 In the other method 2, it is not necessary to store the reference plane hue map in the storage unit 52, so the storage area of the storage unit 52 can be saved. Further, in the other method 2, the reference plate 87 can be made smaller than when using a large reference plate that can create the entire reference plane hue map at once. In another method 2, the reference plate 87 is imaged periodically to create a reference plane hue map (or the reference plate 87 is imaged each time the height of the component E is measured and the reference plane hue map is created). By creating a map), even if the brightness of the first light source section 39A or the light receiving sensitivity of the light receiving section 39B changes over time, a decrease in measurement accuracy can be suppressed.

<実施形態4>
前述した実施形態1では1周期の色相を位相接続して複数周期分のパターン光65を投影する。これに対し、実施形態4では色相が連続して且つ周期的に変化しており、且つ、周期毎に彩度値(明るさの変動幅)が異なっているパターン光を投影する。
<Embodiment 4>
In the first embodiment described above, one period of hue is phase-connected to project a plurality of periods of pattern light 65. On the other hand, in the fourth embodiment, a pattern of light whose hue changes continuously and periodically and whose saturation value (width of variation in brightness) differs for each cycle is projected.

(1)パターン光の生成
上述したパターン光を生成する方法としては、台形波を用いる方法、sin波を用いる方法、独立波を用いる方法などがある。以下、各方法について説明する。なお、以下の説明ではパターン光の波長としてRGBを例に説明するが、波長はRGBに限定されない。
(1) Generation of patterned light Methods for generating the patterned light described above include a method using a trapezoidal wave, a method using a sine wave, a method using an independent wave, and the like. Each method will be explained below. Note that in the following description, RGB will be used as an example of the wavelength of the pattern light, but the wavelength is not limited to RGB.

(1-1)台形波を用いる方法
図16(A)は台形波の一例である。図16(B)は図16(A)に示す台形波を用いて生成したパターン光を基準平面62に投影して撮像されたカラー画像を示している。
図16(A)に示すように、台形波を用いる方法では、いずれの周期においても台形の上辺の明るさを255とし、1周期が経過するごとに台形の下辺の明るさを段階的に低くする。具体的には、図16(A)に示す例では、1周期目では台形の下辺の明るさが150であり、2周期目では100、3周期目では50、4周期目では0となるように下辺の明るさが段階的に低くなっている。
(1-1) Method using trapezoidal wave FIG. 16(A) is an example of a trapezoidal wave. FIG. 16(B) shows a color image captured by projecting pattern light generated using the trapezoidal wave shown in FIG. 16(A) onto the reference plane 62.
As shown in FIG. 16(A), in the method using a trapezoidal wave, the brightness of the upper side of the trapezoid is set to 255 in every cycle, and the brightness of the lower side of the trapezoid is gradually lowered as each cycle passes. do. Specifically, in the example shown in FIG. 16A, the brightness of the lower side of the trapezoid is 150 in the first cycle, 100 in the second cycle, 50 in the third cycle, and 0 in the fourth cycle. The brightness at the bottom of the image gradually decreases.

台形波を用いる場合、色相値、明度値、彩度値は以下の式から計算できる。式6は所定の演算式の一例である。

Figure 0007365477000002
・・・ 式6 When using a trapezoidal wave, the hue value, brightness value, and saturation value can be calculated from the following formula. Equation 6 is an example of a predetermined arithmetic expression.
Figure 0007365477000002
... Formula 6

明度値=MAX(R,G,B) ・・・ 式7

Figure 0007365477000003
・・・ 式8 Brightness value = MAX (R, G, B) ... Formula 7
Figure 0007365477000003
... Formula 8

(1-2)sin波を用いる方法
図17(A)はsin波の一例である。図17(B)は図17(A)に示すsin波を用いて生成したパターン光を基準平面62に投影して撮像されたカラー画像を示している。図17(A)に示すように、sin波を用いる方法では1周期が経過するごとにsin波の振幅(明るさの変動幅)を段階的に大きくする。
(1-2) Method using sine waves FIG. 17(A) is an example of a sine wave. FIG. 17(B) shows a color image captured by projecting the pattern light generated using the sine wave shown in FIG. 17(A) onto the reference plane 62. As shown in FIG. 17A, in the method using a sine wave, the amplitude of the sine wave (width of variation in brightness) is increased stepwise every time one cycle passes.

sin波を用いる場合、色相値、明度値、彩度値は以下の式から計算できる。式9は所定の演算式の一例である。

Figure 0007365477000004
・・・ 式9 When using a sine wave, the hue value, brightness value, and saturation value can be calculated from the following equations. Equation 9 is an example of a predetermined arithmetic expression.
Figure 0007365477000004
... Formula 9

明度値=R+G+B ・・・ 式10

Figure 0007365477000005
・・・ 式11 Brightness value = R + G + B ... Formula 10
Figure 0007365477000005
... Formula 11

(1-3)独立波を用いる方法
図18(A)は独立波の一例である。図18(B)は図18(A)に示す独立波を用いて生成したパターン光を基準平面62に投影して撮像されたカラー画像を示している。図18(A)に示すように、独立波を用いる方法では、RGB毎に互いに異なる変化パターンで明るさを変化させる。具体的には、図18(A)に示す例では、赤の明るさは255で一定である。緑の明るさは周期の始めが0であり、周期の終わりに255となるように明るさが直線的に変化している。青の明るさは1周期が経過するごとに段階的に高くなっている。
(1-3) Method using independent waves FIG. 18(A) is an example of independent waves. FIG. 18(B) shows a color image captured by projecting the patterned light generated using the independent waves shown in FIG. 18(A) onto the reference plane 62. As shown in FIG. 18A, in the method using independent waves, the brightness is changed in different change patterns for each RGB. Specifically, in the example shown in FIG. 18(A), the brightness of red is constant at 255. The brightness of green is 0 at the beginning of the cycle and changes linearly to 255 at the end of the cycle. The brightness of blue increases step by step as each cycle passes.

独立波を用いる場合、色相値、明度値、彩度値は以下の式から計算できる。式12は所定の演算式の一例である。
色相値=G/R ・・・ 式12
明度値=R ・・・ 式13
彩度値=B/R ・・・ 式14
When using independent waves, the hue value, brightness value, and saturation value can be calculated from the following formulas. Equation 12 is an example of a predetermined arithmetic expression.
Hue value=G/R... Formula 12
Brightness value = R... Formula 13
Saturation value = B/R... Formula 14

なお、上記の例ではR(赤)を明度として一定の値(リファレンス)とし、G(緑)を色相として連続的に変化させ、B(青)を彩度として段階的に変化させているが、いずれの色(波長)を色相、明度、彩度とするかは適宜に決定できる。 Note that in the above example, R (red) is set to a constant value (reference) as brightness, G (green) is changed continuously as hue, and B (blue) is changed as saturation in stages. , which color (wavelength) is to be used as the hue, brightness, and saturation can be determined as appropriate.

(2)高さ計測の手順
図19に示す画像90は上述したパターン光が投影された基準平面62を撮像したカラー画像である。なお、便宜上、図19では部品Eを省略している。
画像91はカラー画像90から変換した画像(以下、色相変換画像91という)である。グラフ92は色相変換画像91の直線93上の画素の色相値を表すグラフである。グラフ92に示すように、色相変換画像91の画素の色相値は周期毎に0度~360度まで直線的に変化する。
(2) Height measurement procedure An image 90 shown in FIG. 19 is a color image taken of the reference plane 62 onto which the patterned light described above is projected. Note that for convenience, part E is omitted in FIG. 19.
The image 91 is an image converted from the color image 90 (hereinafter referred to as a hue-converted image 91). A graph 92 is a graph representing the hue values of pixels on the straight line 93 of the hue-converted image 91. As shown in the graph 92, the hue value of the pixel of the hue conversion image 91 changes linearly from 0 degrees to 360 degrees every cycle.

画像94はカラー画像90から変換した彩度値を表す画像(以下、彩度変換画像94という)である。HSV表色系の場合は前述した式8から彩度値を計算できる。グラフ95は彩度変換画像94の直線96上の画素の彩度値を表すグラフである。グラフ95に示すように、彩度変換画像94の画素の彩度値は1周期内では一定であり、1周期が経過するごとに段階的に大きくなる。 The image 94 is an image representing the saturation value converted from the color image 90 (hereinafter referred to as the saturation converted image 94). In the case of the HSV color system, the saturation value can be calculated from Equation 8 described above. A graph 95 is a graph representing the saturation values of pixels on the straight line 96 of the saturation-converted image 94. As shown in the graph 95, the saturation value of the pixel of the saturation-converted image 94 is constant within one cycle, and increases stepwise as each cycle passes.

画像97は色相変換画像76を彩度変換画像94に基づいて補正した画像(以下、補正色相画像97という)である。具体的には、補正色相画像97は、以下の式15~式17に示すように、色相変換画像91の各画素の色相値に、彩度変換画像94の彩度値が変化する毎に360を加算することによって補正した画像である。
S0:補正色相値=色相値+0・・・ 式15
S1:補正色相値=色相値+360・・・ 式16
S2:補正色相値=色相値+720・・・ 式17
The image 97 is an image obtained by correcting the hue-converted image 76 based on the saturation-converted image 94 (hereinafter referred to as the corrected hue image 97). Specifically, as shown in Equations 15 to 17 below, the corrected hue image 97 changes the hue value of each pixel of the hue conversion image 91 by 360 every time the saturation value of the saturation conversion image 94 changes. This is an image corrected by adding .
S0: Corrected hue value = hue value + 0... Equation 15
S1: Corrected hue value = hue value + 360... Equation 16
S2: Corrected hue value = hue value + 720... Equation 17

グラフ98は補正色相画像97の直線99上の画素の色相値を表すグラフである。グラフ98に示すように、補正色相画像97の各画素の色相値は全ての周期に亘って一意の値になる。グラフ98は理論通りのパターン光65と理論通りの受光部39Bであれば完全に直線の1次関数となる。 A graph 98 is a graph representing the hue values of pixels on the straight line 99 of the corrected hue image 97. As shown in the graph 98, the hue value of each pixel of the corrected hue image 97 becomes a unique value over all cycles. The graph 98 becomes a perfectly linear linear function if the pattern light 65 is as theoretical and the light receiving section 39B is as theoretical.

(2)実施形態の効果
実施形態4に係る三次元計測装置によると、パターン光は色相が連続して且つ周期的に変化しており、且つ、周期毎に彩度値(明るさの変動幅)が異なっているので、各周期で同じ演算値が計算されても彩度値の違いからそれぞれがいずれの周期の演算値であるかを特定できる。このため、部品Eの高さがパターン光の1周期分の幅を超えていても一度の撮像で計測対象の高さを計測できる。
(2) Effects of Embodiment According to the three-dimensional measuring device according to Embodiment 4, the hue of the pattern light changes continuously and periodically, and the saturation value (brightness fluctuation range) changes periodically. ) are different, so even if the same calculated value is calculated in each cycle, it is possible to identify which cycle the calculated value is from based on the difference in the saturation value. Therefore, even if the height of the component E exceeds the width of one cycle of the pattern light, the height of the object to be measured can be measured with one imaging.

<実施形態5>
実施形態5では、部品撮像カメラ39が部品Eにパターン光65を投影する方向を相対的に変更し、各方向で部品撮像カメラ39によって部品Eを撮像する。具体的には、前述したようにヘッドユニット36は部品Eを吸着する実装ヘッド40を軸周りに回転させるR軸サーボモータ59を備えている。制御部33は実装ヘッド40を軸周りに回転させることによって部品Eを回転させる。これにより、部品撮像カメラ39が部品Eにパターン光65を投影する方向が変更される。制御部33は複数の方向(例えば0度及び180度)で部品撮像カメラ39によって部品Eを撮像する。
<Embodiment 5>
In the fifth embodiment, the component imaging camera 39 relatively changes the direction in which the pattern light 65 is projected onto the component E, and the component E is imaged by the component imaging camera 39 in each direction. Specifically, as described above, the head unit 36 includes the R-axis servo motor 59 that rotates the mounting head 40 that picks up the component E around the axis. The control unit 33 rotates the component E by rotating the mounting head 40 around the axis. As a result, the direction in which the component imaging camera 39 projects the pattern light 65 onto the component E is changed. The control unit 33 images the component E using the component imaging camera 39 in a plurality of directions (for example, 0 degrees and 180 degrees).

なお、パターン光65を投影する方向は2方向に限定されるものではなく、3方向以上から投影してもよい。ただし、精度よく高さを計測するためには少なくとも対向する二つの方向(例えば0度及び180度)を含むことが望ましい。 Note that the direction in which the pattern light 65 is projected is not limited to two directions, and may be projected from three or more directions. However, in order to accurately measure the height, it is desirable to include at least two opposing directions (for example, 0 degrees and 180 degrees).

図20(A)は0度で撮像されたカラー画像を示しており、図20(B)は180度で撮像されたカラー画像を示している。図20(A)では部品Eの右側にパターン光65が投影されない陰の部分が生じているが、図20(B)ではパターン光65を逆側から投影しているので部品Eの右側の影が消えている。制御部33はこれら2つのカラー画像を用いることによって部品Eの高さを計測する。 FIG. 20(A) shows a color image taken at 0 degrees, and FIG. 20(B) shows a color image taken at 180 degrees. In FIG. 20(A), there is a shaded area on the right side of the component E where the pattern light 65 is not projected, but in FIG. 20(B), the pattern light 65 is projected from the opposite side, so there is a shadow on the right side of the component E. has disappeared. The control unit 33 measures the height of the component E by using these two color images.

実施形態5に係る三次元計測装置によると、部品Eにパターン光65を投影する方向を相対的に変更して少なくとも2方向から順にパターン光65を投影させるので、パターン光65を投影する方向が一方向だけである場合に比べ、部品Eの高さを全面に亘って計測できる可能性が高くなる。 According to the three-dimensional measuring device according to the fifth embodiment, the direction in which the pattern light 65 is projected onto the component E is relatively changed and the pattern light 65 is sequentially projected from at least two directions. It is more likely that the height of the component E can be measured over the entire surface than when measuring only in one direction.

また、三次元計測装置によると、R軸サーボモータ59を用いることによって部品撮像カメラ39が部品Eにパターン光65を投影する方向を相対的に変更するので、方向を相対的に変更するための構成を別途備えなくてよい。このため、方向を相対的に変更するためのコストを抑制できる。 Furthermore, according to the three-dimensional measuring device, the direction in which the component imaging camera 39 projects the pattern light 65 onto the component E is relatively changed by using the R-axis servo motor 59. There is no need to provide a separate configuration. Therefore, the cost for relatively changing the direction can be suppressed.

<実施形態6>
図21に示すように、実施形態6に係る部品撮像カメラ39は第2の光源部101を備えている。第2の光源部101もプロジェクタとして構成されている。第2の光源部101は、複数波長間の相対的な明るさが連続して変化しているパターン光102であって第1の光源部39Aによって投影されるパターン光65とは波長が異なるパターン光102を、第1の光源部39Aとは異なる方向(例えば第1の光源部39Aから実装ヘッド40の軸回りに180度回転した方向)から部品Eに投影する。
<Embodiment 6>
As shown in FIG. 21, the component imaging camera 39 according to the sixth embodiment includes a second light source section 101. The second light source section 101 is also configured as a projector. The second light source section 101 generates a pattern of light 102 in which the relative brightness between a plurality of wavelengths is continuously changing, and which has a different wavelength from the pattern light 65 projected by the first light source section 39A. Light 102 is projected onto component E from a direction different from that of first light source section 39A (for example, a direction rotated by 180 degrees around the axis of mounting head 40 from first light source section 39A).

ここで波長が異なるとは、RGBの範囲と重なる部分がない範囲の波長であり、例えば紫外線領域の波長や赤外線領域の波長である。
なお、パターン光102は、第1の光源部39Aによって投影されるパターン光65と重ならない範囲であればRGBの範囲の波長であってもよい。ここで「重ならない」とは、パターン光65の複数の波長の最小値と最大値との間にパターン光102の複数の波長のいずれもが重ならないことをいう。また、パターン光102は可視光(可視領域の波長)であっても不可視光(不可視領域の波長)であってもよい。
Here, the different wavelengths refer to wavelengths in a range that does not overlap with the RGB range, such as wavelengths in the ultraviolet region and wavelengths in the infrared region.
Note that the pattern light 102 may have a wavelength within the RGB range as long as it does not overlap with the pattern light 65 projected by the first light source section 39A. Here, "not overlapping" means that none of the plurality of wavelengths of the patterned light 102 overlaps between the minimum value and the maximum value of the plurality of wavelengths of the patterned light 65. Furthermore, the pattern light 102 may be visible light (wavelength in the visible range) or invisible light (wavelength in the invisible range).

また、第1の光源部39A及び第2の光源部101がいずれも不可視光を投影してもよい。例えば第1の光源部39Aが紫外線領域の2以上の波長の光からなるパターン光を投影し、第2の光源部101が赤外線領域の2以上の波長の光からなるパターン光を投影してもよい。 Further, both the first light source section 39A and the second light source section 101 may project invisible light. For example, even if the first light source section 39A projects a pattern light consisting of light of two or more wavelengths in the ultraviolet region, and the second light source section 101 projects a pattern light consisting of light of two or more wavelengths in the infrared region. good.

受光部39Bは、前述したRGBの3列のラインセンサ(第1の受光部の一例)に加えて、第2の光源部101によって投影されて部品Eで反射されたパターン光102を受光する複数のラインセンサ(第2の受光部の一例)を有している。これらのラインセンサにはパターン光102を構成する光の波長のうち他のラインセンサとは異なる波長の光だけを透過させるフィルタが設けられている。 In addition to the three rows of RGB line sensors (an example of the first light receiving section) described above, the light receiving section 39B includes a plurality of line sensors that receive pattern light 102 projected by the second light source section 101 and reflected by the component E. line sensor (an example of the second light receiving section). These line sensors are provided with filters that transmit only light of wavelengths different from those of other line sensors among the wavelengths of light constituting the pattern light 102.

第1の光源部39Aによって投影されるパターン光65と第2の光源部101によって投影されるパターン光102とは波長が異なっているので、これらを同時に投影しても各ラインセンサはそのラインセンサに対応する波長の光だけを受光できる。このため、制御部33は撮像に要する時間を短縮するために第1の光源部39Aと第2の光源部101とから同時に部品Eにパターン光65及び102を投影して部品Eを撮像する。
そして、制御部33は、第1の光源部39Aによって投影されたパターン光65を受光して作成したカラー画像と、第2の光源部101によって投影されたパターン光102を受光して作成した画像とを用いて部品Eの高さを判断する。
Since the pattern light 65 projected by the first light source section 39A and the pattern light 102 projected by the second light source section 101 have different wavelengths, even if they are projected simultaneously, each line sensor It can only receive light with wavelengths corresponding to . Therefore, the control unit 33 projects the pattern lights 65 and 102 onto the component E simultaneously from the first light source section 39A and the second light source section 101 to image the component E in order to shorten the time required for imaging.
The control unit 33 then generates a color image created by receiving the pattern light 65 projected by the first light source unit 39A and an image created by receiving the pattern light 102 projected by the second light source unit 101. The height of part E is determined using

実施形態6に係る三次元計測装置によると、部品Eに2方向からパターン光65及び102を投影するので、部品Eの高さを全面に亘って計測できる可能性が高くなる。また、三次元計測装置によると、第1の光源部39Aと第2の光源部101とから同時に部品Eにパターン光65及び102を投影して部品Eを撮像するので、撮像に要する時間を短縮できる。このため部品Eの高さを短時間で計測できる。 According to the three-dimensional measuring device according to the sixth embodiment, the pattern lights 65 and 102 are projected onto the component E from two directions, so that the height of the component E can be more likely to be measured over the entire surface. Furthermore, according to the three-dimensional measuring device, the pattern lights 65 and 102 are simultaneously projected onto the component E from the first light source section 39A and the second light source section 101 to image the component E, thereby reducing the time required for imaging. can. Therefore, the height of the component E can be measured in a short time.

<他の実施形態>
本明細書によって開示される技術は上記記述及び図面によって説明した実施形態に限定されるものではなく、例えば次のような実施形態も本明細書によって開示される技術的範囲に含まれる。
<Other embodiments>
The technology disclosed by this specification is not limited to the embodiments described above and illustrated in the drawings; for example, the following embodiments are also included within the technical scope disclosed by this specification.

(1)上記実施形態1では複数の波長としてRGBの3つの可視光を例に説明したが、複数の波長は不可視領域の波長(例えば近赤外光)であってもよい。不可視領域の波長は部品Eの色の影響を受けないので(あるいは受け難いので)、部品Eの下面の色が有彩色であっても高さを計測できる。なお、不可視領域の波長を用いる場合は受光部39Bの受光波長もその波長に合わせる必要がある。 (1) In the first embodiment, three visible lights of RGB are used as an example of the plurality of wavelengths, but the plurality of wavelengths may be wavelengths in an invisible region (for example, near-infrared light). Since the wavelength in the invisible region is not affected (or hardly affected) by the color of the component E, the height can be measured even if the color of the bottom surface of the component E is a chromatic color. Note that when using a wavelength in an invisible region, the light receiving wavelength of the light receiving section 39B must also be matched to that wavelength.

(2)上記実施形態では第1の光源部39A及び第2の光源部101としてプロジェクタを例に説明したが、これらの光源部はプロジェクタに限られない。例えば光源部は回析格子(グレーティング)、プリズム、光学フィルタ、複数色LED順次配列などであってもよい。 (2) In the above embodiment, a projector is used as an example of the first light source section 39A and the second light source section 101, but these light source sections are not limited to a projector. For example, the light source section may be a diffraction grating, a prism, an optical filter, a sequential array of multi-color LEDs, or the like.

(3)上記実施形態では複数波長の例として3波長を例に説明したが、複数波長は3波長に限定されるものではなく、2波長以上であればよい。 (3) In the above embodiment, three wavelengths have been described as an example of a plurality of wavelengths, but the plurality of wavelengths is not limited to three wavelengths, and may be two or more wavelengths.

(4)上記実施形態ではカラー画像の表色系としてHSV表色系を例に説明したが、表色系はHSV表色系に限られない。例えば表色系はYIQ表色系、Lab表色系などであってもよい。 (4) In the above embodiment, the HSV color system is used as an example of the color system for color images, but the color system is not limited to the HSV color system. For example, the color system may be YIQ color system, Lab color system, or the like.

YIQ表色系の場合は以下の式18によって色相値を計算できる。式18は所定の演算式の一例である。

Figure 0007365477000006
・・・ 式18 In the case of the YIQ color system, the hue value can be calculated using Equation 18 below. Equation 18 is an example of a predetermined arithmetic expression.
Figure 0007365477000006
... Formula 18

Lab表色系の場合は以下の式19~式22によって色相値を計算できる。式22においてXn、Yn、Znは基準白色におけるXYZの値である。式19~式22は所定の演算式の一例である。
X=0.412R+0.358G+0.181B ・・・ 式19
Y=0.213R+0.715G+0.072B ・・・ 式20
Z=0.019R+0.119G+0.951B ・・・ 式21

Figure 0007365477000007
・・・ 式22 In the case of the Lab color system, the hue value can be calculated using Equations 19 to 22 below. In Equation 22, Xn, Yn, and Zn are the values of XYZ in the reference white color. Equations 19 to 22 are examples of predetermined arithmetic expressions.
X=0.412R+0.358G+0.181B... Formula 19
Y=0.213R+0.715G+0.072B... Formula 20
Z=0.019R+0.119G+0.951B... Formula 21
Figure 0007365477000007
... Formula 22

図22(A)はHSV表色系、YIQ表色系及びLab表色系で計算した色相値を示すグラフである。図示するように各表色系は位相がずれている。図22(B)は各表色系の位相が一致するように補正したグラフである。 FIG. 22(A) is a graph showing hue values calculated using the HSV color system, the YIQ color system, and the Lab color system. As shown in the figure, each color system is out of phase. FIG. 22(B) is a graph corrected so that the phases of each color system match.

(5)上記実施形態1では予め作成された基準平面色相マップが記憶部52に記憶されている場合を例に説明した。これに対し、基準平面色相マップ全体を一度に作成できる大きな基準板を備え、その基準板から基準平面色相マップを作成してもよい。このようにすると、第1の光源部39Aがパターン光を忠実に再現する精度や受光部39Bのパターン光を忠実に再現する精度が低くても高さを精度よく計測できる。 (5) In the first embodiment, the case where a reference plane hue map created in advance is stored in the storage unit 52 has been described as an example. On the other hand, a large reference plate that can create the entire reference plane hue map at once may be provided, and the reference plane hue map may be created from the reference plate. In this way, the height can be accurately measured even if the accuracy with which the first light source section 39A faithfully reproduces the patterned light and the accuracy with which the light receiving section 39B faithfully reproduces the patterned light are low.

(6)上記実施形態では撮像部として部品撮像カメラ39を例に説明したが、撮像部は基板撮像カメラ38であってもよい。 (6) In the above embodiment, the component imaging camera 39 has been described as an example of the imaging section, but the imaging section may also be the board imaging camera 38.

(7)上記実施形態ではワーク作業装置として表面実装機15を例に説明したが、ワーク作業装置は表面実装機15に限られない。例えば、ワーク作業装置はスクリーン印刷機12、印刷検査機13、ディスペンサ14、実装後外観検査機16あるいは硬化後外観検査装置18であってもよい。
例えば、スクリーン印刷機12の場合は、撮像面を下に向けた姿勢の撮像部と、撮像部を基板Wの上方で水平方向に搬送する搬送部とを備え、撮像部を搬送して基板Wの各部を上から撮像することにより、基板Wに印刷された半田ペーストの高さを計測してもよい。
また、ディスペンサ14の場合は、接着剤を塗布するディスペンサヘッドを上下方向に移動可能に保持しているヘッドユニット36と、ヘッドユニット36を水平方向に搬送する搬送部とを備えているので、撮像面を下に向けた姿勢の撮像部をヘッドユニット36に配置し、撮像部を搬送して基板Wの各部を上から撮像することにより、基板Wに塗布された接着剤の高さを計測してもよい。
印刷検査機13、実装後外観検査機16、硬化後外観検査装置18などについても同様である。
(7) In the above embodiment, the surface mounter 15 has been described as an example of the workpiece working device, but the workpiece working device is not limited to the surface mounter 15. For example, the workpiece processing device may be a screen printer 12, a print inspection device 13, a dispenser 14, a post-mounting visual inspection device 16, or a post-curing visual inspection device 18.
For example, in the case of the screen printing machine 12, it is equipped with an imaging section with the imaging surface facing downward, and a transport section that transports the imaging section in a horizontal direction above the substrate W, and transports the imaging section and transfers the imaging section to the substrate W. The height of the solder paste printed on the substrate W may be measured by capturing images of each part from above.
Further, in the case of the dispenser 14, since it is equipped with a head unit 36 that holds a dispenser head for applying adhesive so as to be movable in the vertical direction, and a conveying section that conveys the head unit 36 in the horizontal direction, it is possible to take an image. The height of the adhesive applied to the substrate W is measured by disposing the imaging section with its surface facing down in the head unit 36 and transporting the imaging section to image each part of the substrate W from above. It's okay.
The same applies to the printing inspection machine 13, the post-mounting visual inspection machine 16, the post-curing visual inspection machine 18, and the like.

15…表面実装機(ワーク作業装置の一例)、30…基板搬送装置(作業部の一例)、31…テープ部品供給装置(作業部の一例)、32…部品実装装置(作業部の一例)、33…制御部(三次元計測装置の一例)、37…ヘッド搬送部(移動部の一例)、39…部品撮像カメラ(撮像部、三次元計測装置の一例)、39A…第1の光源部、39B…第1の受光部、52…記憶部、59…R軸サーボモータ(変更部の一例)、62…基準平面、65…パターン光、70…カラー画像(画像の一例)、73…基準平面色相マップ(基準平面マップの一例)、87…基準板、90…カラー画像(画像の一例)、100…パターン光、101…第2の光源部、102…パターン光、E(E1、E2)…部品(計測対象の一例) 15... Surface mounting machine (an example of a workpiece working device), 30... Board transport device (an example of a working part), 31... Tape component supply device (an example of a working part), 32... Component mounting device (an example of a working part), 33... Control section (an example of a three-dimensional measuring device), 37... Head transport section (an example of a moving section), 39... Component imaging camera (an example of an imaging section, three-dimensional measuring device), 39A... First light source section, 39B...First light receiving section, 52...Storage section, 59...R-axis servo motor (an example of a changing section), 62...Reference plane, 65...Pattern light, 70...Color image (an example of an image), 73...Reference plane Hue map (an example of a reference plane map), 87... Reference plate, 90... Color image (an example of an image), 100... Pattern light, 101... Second light source section, 102... Pattern light, E (E1, E2)... Parts (an example of measurement target)

Claims (15)

計測対象の高さを計測する三次元計測装置であって、
複数波長間の相対的な明るさが所定の方向に連続して変化しているパターン光であって、各前記波長の光の明るさを変数とする所定の演算式の演算値が前記明るさの変化の1周期内において重複しないパターン光を、前記計測対象の高さの基準となる基準平面に向けて前記所定の方向から斜めに投影する第1の光源部と、
前記計測対象で反射された前記パターン光を前記波長毎に受光する第1の受光部と、
前記第1の受光部が前記波長毎に受光した光の受光量に基づいて前記計測対象の高さを求める制御部と、
を備え、
前記所定の演算式は、各前記波長の光の明るさの比率が同じであれば演算値が同じになるものであり、
前記制御部は、前記第1の受光部が前記波長毎に受光した光の受光量から前記所定の演算式の演算値を求め、当該演算値に基づいて前記計測対象の高さを求め、
前記パターン光は前記複数波長間の相対的な明るさが連続して且つ周期的に変化しており、且つ、周期毎に前記明るさの変動幅が異なっている、三次元計測装置。
A three-dimensional measuring device that measures the height of a measurement target,
Pattern light in which the relative brightness between multiple wavelengths continuously changes in a predetermined direction, and the calculated value of a predetermined calculation formula using the brightness of the light of each wavelength as a variable is the brightness. a first light source unit that projects pattern light that does not overlap within one period of change obliquely from the predetermined direction toward a reference plane that serves as a reference for the height of the measurement target;
a first light receiving unit that receives the pattern light reflected by the measurement target for each wavelength;
a control unit that determines the height of the measurement target based on the amount of light received by the first light receiving unit for each wavelength;
Equipped with
The predetermined calculation formula is such that the calculated value will be the same if the ratio of the brightness of the light of each wavelength is the same,
The control unit calculates a calculated value of the predetermined calculation formula from the amount of light received by the first light receiving unit for each wavelength, and calculates the height of the measurement target based on the calculated value,
In the three-dimensional measurement device, the pattern light has a relative brightness between the plurality of wavelengths that continuously and periodically changes, and a range of variation in the brightness differs for each period.
請求項1に記載の三次元計測装置であって、
前記パターン光は前記基準平面の所定の範囲に投影される、三次元計測装置。
The three-dimensional measuring device according to claim 1,
A three-dimensional measurement device in which the pattern light is projected onto a predetermined range of the reference plane.
請求項1又は請求項2に記載の三次元計測装置であって、
前記第1の光源部は線状の前記パターン光を投影するものであり、
前記第1の受光部は主走査方向に並列に延びる複数のラインセンサであり、
当該三次元計測装置は、前記第1の光源部及び前記ラインセンサを前記計測対象に対して前記主走査方向に直交する副走査方向に相対移動させる移動部を備える、三次元計測装置。
The three-dimensional measuring device according to claim 1 or claim 2,
The first light source unit projects the linear pattern light,
The first light receiving section is a plurality of line sensors extending in parallel in the main scanning direction,
The three-dimensional measuring device includes a moving unit that moves the first light source unit and the line sensor relative to the measurement target in a sub-scanning direction perpendicular to the main-scanning direction.
請求項1又は請求項2に記載の三次元計測装置であって、
前記第1の光源部は面状の前記パターン光を投影するものであり、
前記第1の受光部はエリアセンサである、三次元計測装置。
The three-dimensional measuring device according to claim 1 or claim 2,
The first light source unit projects the planar pattern light,
A three-dimensional measuring device, wherein the first light receiving section is an area sensor.
請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の三次元計測装置であって、
前記複数の波長は可視領域外の波長である、三次元計測装置。
The three-dimensional measuring device according to any one of claims 1 to 4,
A three-dimensional measuring device, wherein the plurality of wavelengths are wavelengths outside the visible range.
請求項1に記載の三次元計測装置であって、
前記制御部は、前記第1の受光部が前記波長毎に受光した光の受光量から求めた前記演算値と、前記パターン光の各前記波長の光の明るさから求めた前記演算値を表す基準平面マップとに基づいて前記計測対象の高さを求める、三次元計測装置。
The three-dimensional measuring device according to claim 1,
The control unit expresses the calculated value obtained from the amount of light received by the first light receiving unit for each wavelength, and the calculated value calculated from the brightness of light of each wavelength of the pattern light. A three-dimensional measurement device that calculates the height of the measurement target based on a reference plane map.
請求項6に記載の三次元計測装置であって、
前記制御部は、前記パターン光の各前記波長の光の理論的な明るさから前記所定の演算式によって前記演算値を求めることによって前記基準平面マップを作成する、三次元計測装置。
The three-dimensional measuring device according to claim 6 ,
The control unit is a three-dimensional measuring device that creates the reference plane map by determining the calculated value using the predetermined calculation formula from the theoretical brightness of light of each wavelength of the pattern light.
請求項6に記載の三次元計測装置であって、
前記基準平面に一致するように配置されている基準板を有し、
前記制御部は、前記第1の光源部によって前記基準板に前記パターン光を投影し、前記基準板で反射されて前記第1の受光部で受光された前記パターン光の前記波長毎の光の受光量から前記所定の演算式によって前記演算値を求めることによって前記基準平面マップを作成する、三次元計測装置。
The three-dimensional measuring device according to claim 6 ,
a reference plate arranged to match the reference plane;
The control unit projects the pattern light onto the reference plate using the first light source unit, and controls the wavelength of the pattern light reflected by the reference plate and received by the first light receiving unit. A three-dimensional measurement device that creates the reference plane map by calculating the calculated value from the amount of received light using the predetermined calculation formula.
請求項1乃至請求項8のいずれか一項に記載の三次元計測装置であって、
前記制御部は、前記計測対象で反射されて前記第1の受光部で受光された前記パターン光の前記波長毎の光の受光量から、前記計測対象の明るさを表す多値画像を作成する、三次元計測装置。
The three-dimensional measuring device according to any one of claims 1 to 8 ,
The control unit creates a multivalued image representing the brightness of the measurement target from the amount of light received for each wavelength of the pattern light reflected by the measurement target and received by the first light receiving unit. , three-dimensional measuring device.
請求項1乃至請求項9のいずれか一項に記載の三次元計測装置であって、
前記第1の光源部が前記計測対象に前記パターン光を投影する方向を相対的に変更する変更部を備え、
前記制御部は、前記変更部によって前記方向を相対的に変更することにより、前記第1の光源部に少なくとも2方向から順に前記パターン光を投影させる、三次元計測装置。
A three-dimensional measuring device according to any one of claims 1 to 9 ,
The first light source unit includes a changing unit that relatively changes the direction in which the pattern light is projected onto the measurement target,
The control section is a three-dimensional measurement device, wherein the control section causes the first light source section to project the pattern light sequentially from at least two directions by relatively changing the direction using the changing section.
ワークに対して所定の作業を行う作業部と、
前記作業に関わる対象物の高さを計測する請求項1乃至請求項10のいずれか一項に記載の三次元計測装置と、
を備えるワーク作業装置。
a working part that performs a predetermined work on the work;
The three-dimensional measuring device according to any one of claims 1 to 10, which measures the height of an object related to the work;
A workpiece handling device comprising:
計測対象の高さを計測する三次元計測装置であって、
複数波長間の相対的な明るさが所定の方向に連続して変化しているパターン光であって、各前記波長の光の明るさを変数とする所定の演算式の演算値が前記明るさの変化の1周期内において重複しないパターン光を、前記計測対象の高さの基準となる基準平面に向けて前記所定の方向から斜めに投影する第1の光源部と、
前記計測対象で反射された前記パターン光を前記波長毎に受光する第1の受光部と、
前記第1の受光部が前記波長毎に受光した光の受光量に基づいて前記計測対象の高さを求める制御部と、
を備え、
前記所定の演算式は、各前記波長の光の明るさの比率が同じであれば演算値が同じになるものであり、
前記制御部は、前記第1の受光部が前記波長毎に受光した光の受光量から前記所定の演算式の演算値を求め、当該演算値に基づいて前記計測対象の高さを求め、
前記パターン光は前記複数波長間の相対的な明るさが連続して且つ周期的に変化しており、且つ、周期毎に彩度値が異なっている、三次元計測装置。
A three-dimensional measuring device that measures the height of a measurement target,
Pattern light in which the relative brightness between multiple wavelengths continuously changes in a predetermined direction, and the calculated value of a predetermined calculation formula using the brightness of the light of each wavelength as a variable is the brightness. a first light source unit that projects pattern light that does not overlap within one period of change obliquely from the predetermined direction toward a reference plane that serves as a reference for the height of the measurement target;
a first light receiving unit that receives the pattern light reflected by the measurement target for each wavelength;
a control unit that determines the height of the measurement target based on the amount of light received by the first light receiving unit for each wavelength;
Equipped with
The predetermined calculation formula is such that the calculated value will be the same if the ratio of the brightness of the light of each wavelength is the same,
The control unit calculates a calculated value of the predetermined calculation formula from the amount of light received by the first light receiving unit for each wavelength, and calculates the height of the measurement target based on the calculated value,
In the three-dimensional measurement device, the pattern light has a relative brightness between the plurality of wavelengths that continuously and periodically changes, and a chroma value that differs for each period.
請求項1から請求項10のいずれか一項に記載の三次元計測装置であって、
前記演算値は色相値である、三次元計測装置。
A three-dimensional measuring device according to any one of claims 1 to 10 ,
The three-dimensional measuring device, wherein the calculated value is a hue value.
請求項9に記載の三次元計測装置であって、
前記パターン光は、赤、青、緑の各色の光の明るさを台形状に変化させ、それらの位相を120度ずつずらして重ね合わせた光であって、常に赤、青、緑のいずれかの明るさが最大値となっている光であり、
前記制御部は、前記計測対象で反射されて前記第1の受光部で受光された前記パターン光の前記波長毎の光の受光量からカラー画像を作成し、作成したカラー画像から画素毎に赤、青、緑の明るさの最大値を取得することで前記多値画像を作成する、三次元計測装置。
The three-dimensional measuring device according to claim 9 ,
The pattern light is light in which the brightness of each color of red, blue, and green light is changed in a trapezoidal shape, and their phases are shifted by 120 degrees and superimposed, and it is always one of red, blue, and green. is the light with the maximum brightness,
The control unit creates a color image from the amount of light received for each wavelength of the pattern light reflected by the measurement target and received by the first light receiving unit, and from the created color image, displays a red image for each pixel. , a three-dimensional measuring device that creates the multivalued image by obtaining maximum brightness values of blue and green.
請求項9に記載の三次元計測装置であって、
前記パターン光は、赤、青、緑の各色の光の明るさをsin波で変化させ、赤、青、緑の明るさの和が常に一定となるように位相を120度ずつずらして重ね合わせた光であり、
前記制御部は、前記計測対象で反射されて前記第1の受光部で受光された前記パターン光の前記波長毎の光の受光量からカラー画像を作成し、作成したカラー画像から画素毎に赤、青、緑の明るさの和を取得することで前記多値画像を作成する、三次元計測装置。
The three-dimensional measuring device according to claim 9 ,
The pattern light changes the brightness of each color of red, blue, and green light using a sine wave, and superimposes the light by shifting the phase by 120 degrees so that the sum of the brightness of red, blue, and green is always constant. It is a light,
The control unit creates a color image from the amount of light received for each wavelength of the pattern light reflected by the measurement target and received by the first light receiving unit, and from the created color image, displays a red image for each pixel. , a three-dimensional measurement device that creates the multivalued image by acquiring the sum of brightness of blue and green.
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