JPH0791914A - 回路基板の原点検出方法及び装置 - Google Patents

回路基板の原点検出方法及び装置

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JPH0791914A
JPH0791914A JP5277349A JP27734993A JPH0791914A JP H0791914 A JPH0791914 A JP H0791914A JP 5277349 A JP5277349 A JP 5277349A JP 27734993 A JP27734993 A JP 27734993A JP H0791914 A JPH0791914 A JP H0791914A
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JP
Japan
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image
hole
gradient
substrate
origin
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JP5277349A
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Hironori Yamamoto
洋紀 山本
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Azbil Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 原点マークが印刷されていない基板について
も適用可能で、ノイズに強く基板原点を正確に検出でき
る方法と、それを実施すするための装置を提供する。 【構成】 スルーホールを有する回路基板を撮像し、得
られた画像の明るさを微分することにより当該画像を構
成する各画素のグラジエントを算出し、グラジエントの
大きさによって画像を2値化し、2値化された画像に対
して円ハフ変換を適用することにより、スルーホールの
中心を基板原点として検出する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、IC等の電子部品が装
着されるプリント基板のような回路基板の原点位置を検
出する方法及び装置に関する。これは、プリント基板に
電子部品を実装するマウンタ(表面実装機)やプリント
基板の検査装置など、回路基板を位置決めする機能を持
つ装置の全てに利用することができる。
【0002】
【従来の技術】従来、電子部品を実装する回路基板の位
置決めを行う際には、画像処理技術を用いて位置決めの
適否を判定している。その画像処理技術では、予めプリ
ント基板上に画像認識しやすい原点マーク(基板とのコ
ントラストが明瞭で、非常に安定な光学的性質を有する
マーク)を付けておき、これを含む基板画像に対して2
値化、重心計算などの処理を施すようにしている。
【0003】詳しくは、予め基板上に水平基準となる原
点マークを2つ印刷しておく。基板位置の検出を開始す
る際、その開始位置の1点を基板が固定されるXYテー
ブルの基準原点とし、各原点マークの中心座標値をこの
基準原点からの距離として検査装置に記憶させる。固定
された撮像装置(カメラ)の中心位置に第1の原点マー
クが据えられるように前記距離に応じてXYテーブルを
移動する。得られた第1の原点マークの画像を2値化処
理し、その中心位置を求め、これと全体画像の中心位置
(理想位置)との誤差をXY座標値で求める。第1の原
点マークと第2の原点マークとの設計距離分、XYテー
ブルを移動し、カメラの画像領域内に第2の原点マーク
の画像を据える。得られた第2の原点マークの画像を2
値化処理し、その中心位置を求め、これと理想位置との
誤差をXY座標値で求める。2つの原点マークの座標値
を演算して基板の角度誤差値を得る。上記で得られた2
つの原点マーク及び基板の角度の誤差値を位置補正量と
して、XYテーブル制御部に送出する。上記の位置補正
を実行するために必要な原点マークは、ガラスエポキシ
や紙フェノールの基板では、回路パターンを形成する銅
箔で四角形や十字形のマークを予め印刷することによっ
て形成されている。この場合、基板と銅箔の輝度差が大
きいことから、2値化画像処理により容易に原点マーク
の位置を検出することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
画像処理技術は、予め原点マークが印刷されていない基
板には適用できない。また、近年の高密度実装プリント
基板においては、原点マークのように部品を実装できな
いパターンは設けない方が良い。
【0005】更に、従来の画像処理技術は画像処理が単
純なため、撮像過程で加わるノイズに弱い、つまりノイ
ズの影響を受けやすいという問題点があった。
【0006】従って、本発明の目的は、原点マークが印
刷されていない基板についても適用できると共に、ノイ
ズに強く基板原点を正確に検出できる方法と、それを実
施すするための装置を提供することである。
【0007】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記の目的を
達成するため、殆どのプリント基板にはスルーホール
(貫通孔)があることに着目し、その中心を基板原点と
して検出するようにしたものである。
【0008】すなわち、本発明の方法は、スルーホール
を有する回路基板を撮像し、得られた画像の明るさを微
分することで、該画像を構成する各画素のグラジエント
を算出し、該グラジエントの大きさにより前記画像を2
値化し、2値化された画像に対して円ハフ変換を行うこ
とにより、前記回路基板のスルーホールの中心を基板原
点として検出することを特徴とする。
【0009】また、本発明の装置は、スルーホールを有
する回路基板を撮像するための撮像手段と、この撮像手
段で生成された画像信号をデータとして格納する記憶手
段と、この記憶手段に格納された画像データに対し空間
微分を施して当該画像を構成する各画素のグラジエント
の大きさ及び方向を算出し、グラジエントの大きさによ
って当該画像を2値化し、2値化された画像に対して円
ハフ変換を適用して前記スルーホールの中心を検出する
画像処理を行う処理手段とを備えて構成される。
【0010】
【作用】初めに、TVカメラのような撮像手段でスルー
ホールを含む基板を撮像し、得られた画像(原画像)に
対し空間微分を施してグラジエントの大きさ及び方向を
求める。ここで、グラジエントとは画像の明るさの微分
であり、その方向は、濃淡画像の明と暗の境界線に垂直
で暗から明に向かうベクトルの角度で表される。原画像
の性質として、基板上の金属表面部分が最も明るく、ス
ルーホール部が最も暗いため、クラジエントの大きさ
は、スルーホールの輪郭である円周上の画素で最も大き
くなる。そこで、グラジエントの大きさにより画像を2
値化する、すなわち、スルーホールの輪郭円周上の画素
の多くと金属表面上の暗い部分の一部が1で、他はほぼ
0となる。こうして2値化した画像に対し、円ハフ変換
を適用する。
【0011】ハフ変換は、上記2値画像のように、ノイ
ズを多く含む画像から図形(方程式で記述できるもの)
を検出するのに有用な手法として知られている(米国特
許第3,069,654号)。これを円に応用した円ハフ変換
は、次のように行われる。
【0012】まず、前段階の2値画像において1となっ
ているスルーホールの輪郭(円周)上の画素の各々につ
いて、その位置(x,y)とグラジエントの大きさθか
らスルーホールの中心位置(X,Y)を計算し、XY平
面上の点として投票する。そして、XY平面内の最大投
票位置(点の集積度が最も高い位置)をスルーホールの
中心位置として検出する。
【0013】上記のように、スルーホールを含む基板を
撮像して得られた画像に対し、グラジエントの算出、グ
ラジエントの大きさによる2値化、円ハフ変換の一連の
画像処理を適用する。これにより、基板の原点マークの
有無にかかわらず、ノイズの影響を受けにくく、スルー
ホールの中心を基板原点として正確に検出することがで
きる。
【0014】
【実施例】図1は、本発明の方法を実施する装置の構成
を示す。これは、スルーホール1を有するプリント基板
2の原点位置を検出するための装置であり、検出の際、
プリント基板2は保持装置3に保持されている。
【0015】図1の装置は、プリント基板2を撮像する
ための撮像手段として照明器11及びTVカメラ12を
有し、TVカメラ12で生成した画像信号をA/D変換
して格納するための記憶手段としてフレームメモリ13
を有する。このため、フレームメモリ13の入力側に
は、TVカメラ12からの画像信号をディジタル化して
画像データとするA/D変換器(図示省略)が設けられ
る。
【0016】更に、図1の装置は、フレームメモリ13
に格納された画像データに対し空間微分を施して、当該
画像を構成する各画素のグラジエントの大きさ及び方向
を算出し、グラジエントの大きさによって当該画像を2
値化し、2値された画像に対して円ハフ変換を適用して
スルーホールの中心を検出する一連の画像処理を行う処
理手段として、コンピュータ14を備えている。
【0017】上記の構成によれば、照明器11で回路基
板2を照らし、TVカメラ12によって基板2のスルー
ホール1を含む画像を表わす信号を生成する。そして、
この信号をA/D変換し、ディジタル信号で表わされた
画像データとしてフレームメモリ13に格納する。この
フレームメモリ13内の画像データに対し、コンピュー
タ14で後述の画像処理演算を実行することにより、プ
リント基板2のスルーホール1の中心位置を検出するこ
とができる。以下、詳細に説明する。
【0018】(1)基板画像の性質 図2は、スルーホール1を含むプリント基板2の画像
(原画像)を模式的に示す。プリント基板保持装置3の
基板載置部が光沢のない黒色の場合、(A)の理想的な
状態では、スルーホール部1が最も暗く、基板2上の金
属表面3が最も明るく、基板2自体の表面部分が両者の
中間の明るさとなった原画像が得られる。しかし、実際
には、金属表面3のわずかな凹凸や表面状態(光沢の有
無など)により、金属表面3の一部が(B)のように暗
く映る場合がある。この場合、従来通り2値化して重心
を計算する方法では、スルーホール1の中心を検出する
ことができない。
【0019】本発明によれば、(B)のような原画像に
対しても、正確にスルーホール部の中心を検出すること
が可能である。
【0020】(2)スルーホールの中心位置の検出 図3のフローチャートを参照すると、初めにグラジエン
トの計算を行う(ステップST1)。これは、原画像を
空間微分することで達成される。
【0021】まず、グラジエントは、回路基板の画像に
おいて、その明暗の変化する境界線(これは、正常な画
像においては部品又はスルーホールの輪郭を表わすもの
であり、そのような輪郭はエッジと称される。)上にあ
る画素の濃淡を表わす変数に微分を施すことで得られ
る。例えば、図5(a)に示すように、画像中の所定の
方向をx方向、それに垂直な方向をy方向としたxy平
面において、グラジエントは暗から明に向かう所定の大
きさと方向を持つベクトルとして定義される。そして、
そのx方向成分をdx、y方向成分をdyで表わすと、
グラジエントの向きは、次式で定義される。
【0022】θ= tan-1(dy/dx) …(1) 。
【0023】ここで、図6に示すように、xy平面上に
おいて、微分を施す注目画素の輝度をg(x, y)とし、隣
接する8つの画素g(x+i, y+j)(ただしi,jは−1≦
i,j≦+1を満たす整数で、i=j=0の場合を除
く。)とすると、dxを算出する場合は、隣接する画素
について図6(a)に示すように重みを付け、dyを算
出する場合は、隣接する画素について図6(b)に示す
ように重みを付ける。そして、次式によりdx、dyを
算出する(空間微分)。
【0024】 dx=g(x+1, y-1)+2g(x+1, y)+g(x+1, y+1) −{g(x-1, y-1)+2g(x-1, y)+g(x-1, y+1)} …(2) dy=g(x-1, y+1)+2g(x, y+1)+g(x+1, y+1) −{g(x-1, y-1)+2g(x, y-1)+g(x+1, y-1)} …(3) 。
【0025】ここで、上記グラジエントの向きθは、図
5(b)に示すように分けられる。すなわち、 |dx|≧|dy|のとき −π≦θ≦−3π/4,−π/4≦θ≦π/4,3π/
4≦θ≦π |dx|<|dy|のとき −3π/4<θ<−π/4, π/4<θ<3π/4。
【0026】次に2値化を行う(ST2)。上記のよう
に、原画像では金属表面が最も明るく、スルーホール部
が最も暗いため、上記ST1で求めたグラジエントの大
きさは、スルーホールの輪郭である円周上の画素で最も
大きくなる。そこで、グラジエントの大きさが大きいも
のから円周2πr(rはスルーホールの半径で、既知と
する。)に相当する画素(実際には、スルーホールの輪
郭が画素間にある場合があり、2πr×α(α>1)と
する。)を1、それ以外を0とする。この2値化によ
り、スルーホールの輪郭円周上の画素の多くと金属表面
上の暗い部分の一部が1になり、他はほぼ0となる。
【0027】この2値化画像に、ハフ変換を円に応用し
た「円ハフ変換」を適用し、スルーホールの中心を検出
する(ST3)。円ハフ変換は次のようにして行う。
【0028】図4に示すように、スルーホールの中心を
(X,Y)、スルーホールの輪郭上の画素の位置を
(x,y)、スルーホールの半径をr、輪郭上の画素の
グラジエントの方向をθとすると、スルーホールの輪郭
は次の円方程式で記述できる。
【0029】x=X+r・cosθ …(4) y=Y+r・sinθ …(5) 円ハフ変換は、上式をX,Yについて解いた式 X=x−r・cosθ …(6) Y=y−r・sinθ …(7) に基づいて行う。すなわち、前段階の2値画像で1とな
っている画素の各々について、位置(x,y)及びグラ
ジエントの向きθを上記(6),(7) 式に代入して中心位置
(X,Y)を算出し、その値をXY平面上に投票する。
こうして得られるXY平面内の最大投票位置をスルーホ
ールの中心位置として検出する。
【0030】上記では、スルーホールの半径を用いて検
出したが、式(6),(7) においてrをスルーホール周辺の
金属円(基板上の金属部分の円)の半径とすれば、符号
“−”を“+”に変えるだけで、上記と全く同じ方法で
金属円の中心を求めることができる。この場合、符号を
逆にするのは、金属円の周囲のグラジエントがスルーホ
ールの周囲のグラジエントと反対の方向を向くからであ
る(明暗の関係が逆になっている)。かくして、孔でも
金属円でも、寸法精度の高い方を選ぶことができる。
【0031】また、円形であれば、リード線のハンダ付
け円のパッドや穴、或いは基板のテスト用パッドでも、
同様に利用できる。従って、本発明における「スルーホ
ール」には、上記の金属円やパッドも含まれる。
【0032】
【発明の効果】上記のように、本発明によれば、殆どの
基板にはスルーホールがあることを利用して、スルーホ
ールを含む基板画像から2値化画像を生成し、これに円
ハフ変換を適用することによりスルーホールの中心を基
板原点として検出するようにしたので、予め原点マーク
が印刷されていない基板についても、原点を正確に検出
し、それに基づいて正確な位置決めを達成できる。
【0033】また、円ハフ変換により、撮像時に入って
くる種々のノイズに対して強い画像処理を行うので、ノ
イズの影響を受けにくく信頼性の高い原点検出が実現さ
れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の方法を実施する装置の構成を示す図。
【図2】スルーホールを含む基板の理想的な画像と実際
の画像とを模式的に示す図。
【図3】本発明の方法による画像処理手順を示すフロー
チャート。
【図4】円ハフ変換の基になるスルーホールの中心位置
とその輪郭上の画素の位置との関係を示す図。
【図5】画像の明暗部分でのグラジエントの定義を示す
図。
【図6】空間微分を行う場合の画素の重み付けを示す
図。
【符号の説明】
1…スルーホール、2…プリント基板、3…基板保持装
置、11…照明器、12…TVカメラ、13…フレーム
メモリ、14…コンピュータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 G06T 7/60 H01L 21/66 J 7630−4M H05K 13/04 Z

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】スルーホールを有する回路基板を撮像し、
    得られた画像の明るさを微分することにより該画像を構
    成する各画素のグラジエントを算出し、該グラジエント
    の大きさによって前記画像を2値化し、2値化された画
    像に対して円ハフ変換を行うことにより、前記回路基板
    のスルーホールの中心を基板原点として検出することを
    特徴とする、回路基板の原点検出方法。
  2. 【請求項2】スルーホールを有する回路基板を撮像する
    ための撮像手段と、 該撮像手段で生成された画像信号をデータとして格納す
    る記憶手段と、 該記憶手段に格納された画像データに対し空間微分を施
    して当該画像を構成する各画素のグラジエントの大きさ
    及び方向を算出し、該グラジエントの大きさによって当
    該画像を2値化し、2値化された画像に対して円ハフ変
    換を適用して前記スルーホールの中心を検出する画像処
    理を行う処理手段とを備えたことを特徴とする、回路基
    板の原点検出装置。
JP5277349A 1993-10-12 1993-10-12 回路基板の原点検出方法及び装置 Pending JPH0791914A (ja)

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