JPH0815240B2 - 位置ずれ補正方法と面付け部品自動搭載方法 - Google Patents

位置ずれ補正方法と面付け部品自動搭載方法

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JPH0815240B2
JPH0815240B2 JP60224852A JP22485285A JPH0815240B2 JP H0815240 B2 JPH0815240 B2 JP H0815240B2 JP 60224852 A JP60224852 A JP 60224852A JP 22485285 A JP22485285 A JP 22485285A JP H0815240 B2 JPH0815240 B2 JP H0815240B2
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健司 鈴木
清治 秦
良枝 西田
恭一 川崎
健二郎 藤井
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日立テクノエンジニアリング株式会社
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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、位置ずれ補正方法と面付け部品自動搭載方
法に係わり、特に面付け部品のプリント基板への自動搭
載が視覚によって行われるようにした面付け部品自動搭
載方法に関するものである。
〔発明の背景〕
これまで電子部品のプリント基板への実装に関して
は、例えば特開昭60−1900号公報に記載されたものが知
られている。しかしながら、これによる場合は基板上の
パターン位置を認識するのに位置決めマークを必要とす
ることから、基板の設計変更が必要となっている。ま
た、ICのピン(リードとも云う)位置を認識するのに特
定のピン位置のみ認識していることから、精度は望めな
いものとなっている。更にICの位置認識は複数の視野に
よっており、認識速度が遅いという不具合がある。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、面付け部品を精度良好にして、しか
も速やかに自動的にプリント基板に搭載し得る位置ずれ
補正方法と面付け部品自動搭載方法を供するにある。
〔発明の概要〕
この目的のため本発明は、面付け部品と面付け部品が
搭載されるプリント基板上での接点パターンの位置・姿
勢が絶対的に正しく求められる場合は、これよりそれら
間の相対的位置・姿勢関係も定まり、面付け部品は接点
パターン上に正しく搭載され得ることに着目し、面付け
部品および接点パターンの絶対的な位置・姿勢を視覚的
に全体としてのピンパターン・接点パターンより求める
ようにしたものである。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を第1図から第8図により説明するが、
その前にその理論的背景について簡単ながら説明してお
く。
一般に画像の画素の配列は離散的なので、画像からの
位置検出の最小単位は画素間距離となっている。しかし
ながら、ある物体の位置や姿勢を求める場合に同一物体
上の複数の標本点の位置の平均を求めることによって、
高精度に位置や姿勢の検出を行なうことが可能である。
独立な標本点の数が多い程に精度は高くなるものである
が、その反面処理速度の低下は免れ得ないものとなって
いる。
ところで面付け部品やこれが搭載される接点パターン
はピンや接点の幅は狭いがその本数は多く、しかも一定
幅で直線上に並んだものとなっている。また、機械的な
位置決めによりそれらの大まかな位置・姿勢は予め知れ
たのものとなっている。よって、画面の中に面付け部品
のピン列や接点列とほぼ直交するようなサンプル直線
(測定線とも云う)を引くことが可能となっている。こ
の直線上での画像の明るさはピンや接点の配列と対応し
て液状となるが、これを利用してサンプル直線方向での
面付け部品や接点パターンの位置が求められるものであ
る。一般にピン列や接点列は通常2列以上あるため、2
以上の列を組合せることによって、それらの全体的な位
置・姿勢が正しく求められるわけである。
さて、本発明を具体的に説明する。
先ず本発明に係るサーフェイスマウンタについて説明
すれば、第2図はその一例での外観を示したものであ
る。本例でのものは図示のように直交形ロボット1、基
板供給装置2、IC供給装置3および視覚処理装置4から
基本的になり、これらは共通のベース上に固定されたも
のとなっている。ロボットとしてはこの場合十分な位置
決め精度があれば関節形やスカラー形等でもよく、その
ハンドには面付け部品としてのICを把持するためのチャ
ックや基板を撮像するためのTVカメラが取り付けられる
ようになっている。TVカメラとしては他にIC位置検出用
のTVカメラがベース上に上向きに固定された状態で取り
付けられるようになっている。
サーフェイスマウンタの概要は以上のようであるが、
次にこれの基本的な動作を第3図に示すフローにより説
明すれば、先ず基板供給装置2の上で基板が機械的に固
定された状態でロボットハンドに固定されているTVカメ
ラがその基板上に移動することによって、基板上におけ
るIC搭載用の接点パターンの正確な位置が求められるよ
うになっている。この後はハンドがIC供給装置3に移動
しこれからICを把持するが、ICはIC位置検出用のTVカメ
ラ上に移動されることによって、ICとハンドとの位置ず
れが検出されるようになっている。視覚処理装置にて求
められた接点パターンおよびICの位置はロボットにフィ
ードバックされることによって、基板上の接点パターン
にはICが位置合せ状態良好にして搭載されるところとな
るものである。搭載すべきICがまだ存在する場合には以
下、このような処理動作を繰り返すわけであるが、搭載
すべきICの種類が複数ある場合は手順は異なるものとな
っている。
この場合搭載すべきICとしてはサーフェイス・マウン
ティング・パッケージ(フラット・パッケージ)ICを対
象とするが、その一例での平面と正面を第4図(a),
(b)に、また、このIC5が搭載される基板上での接点
パターンを第5図に示す。
図示の如くIC5は4つのピン列5−1〜5−4を有す
るが、基板上にはこれらピン列5−1〜5−4各々に対
応する4つの接点パターン列6−1〜6−4よりなる接
点パターン(6)が形成されるようになっている。基板
上の接点パターン列上にICのピン列を対応させた状態で
正しく載せるためには高い精度で位置合せを行なう必要
があるが、基板供給装置による機械的な位置決めとロボ
ットハンドによるICチャック精度は十分とはいえなく、
よって、視覚的より高い精度で位置検出を行ない位置検
出情報をロボットにフィードバックするようになってい
るものである。
既に述べたように位置検出はTVカメラと視覚処理装置
によって行なわれ、TVカメラはその一台がロボットハン
ドに下向きに取り付けされ、基板上の接点パターンを撮
像する一方、他の一台はベース上に上向きに固定され、
その真上に位置決めされたハンドにチャックされたICを
撮像するようになっているが、TVカメラからの多値化画
像から位置検出を行なう方法を第1図,第6図〜第8図
により説明すれば以下のようである。
即ち、基板上の接点パターン列やICのピン列は画像上
では何れも細長い長方形のパターンがその長手方向と直
角方向に一直線上に並んだものとなっている。但し、実
際の画像ではこの他に、配線パターンや背景が併せて撮
像される。
さて、長方形パターンの各列毎に第1図(a),
(b)に示すように、長方形と直交する方向にサンプル
直線7を設定し、サンプル直線7の位置を画面内で固定
したとすれば、パターンの位置は基板個々やIC毎に少し
ずつずれるが、サンプル直線7と必ず交わる程度には機
械的に位置決めし得るものとなっている。この場合での
サンプル直線7上での画像の明るさは第6図に示すよう
に、パターンの配列に対応して液状になるが、この波形
から各パターンのサンプル直線7方向での位置が求めら
れるものである。例えば第6図に示す例では、パターン
と背景との境界xiが求められている。第7図に示すよう
に、理想的な条件下ではパターンからの反射光波形は明
るさ(I)として示すように矩形となるのでパターンの
境界が最も検出しやすいが、明るさ(II)のように波形
がくずれている場合には山の頂上(極大点)aiをとって
パターンの中央を求める等の方法も採られるようになっ
ている。
ここで第8図を用いパターンの境界を求める方法につ
いて具体的に説明すれば、照明の状態が良好であって、
画面の明るさが一様な場合(明るさ(III))は、パタ
ーンに対する多値化画像に対して明るさの閾値を適当に
定め、これより明るい範囲、または暗い範囲の両端画素
位置をパターンの境界として求めればよい。パターンは
多値化画像として得られているわけであるが、これは、
画像一般への閾値の設定は、2値化画像自体がそもそも
閾値によって得られており、したがって、2値化画像に
対し更に閾値を設定することは全く無意味であるのに対
し、多値化画像への設定は多値化画像自体を2値化する
上で有効であるからである。また、明るさが明るさ(II
I)にほぼ同様な場合(明るさ(IV))に、閾値をはさ
む両側の画素の間の明るさの勾配を考慮に入れて、閾値
と同じ明るさになる位置を小数点を含む実数値で求める
ようにすれば、精度は更に向上されることになる。更に
照明条件が良好でなく画面の明るさが一様でない場合
(明るさ(V))には、一つの閾値によってすべてのパ
ターンを分離し得ないが、このような場合には隣接する
画素間での明るさ勾配が最大となる画素の位置を境界と
して求めたり、あるいは山から谷までの範囲毎に荷重平
均A/Bを求めるなどの方法が採られるようになってい
る。但し、A,Bは次式にて求まる。
但し、f(i)はi画素の明度値を、j,kはその何れ
か一方が、例えば明るさ変化の山の位置の画素を、他方
は明るさ変化の谷の位置の画素を表す。
山から谷までの範囲は単調増加か、単調減少の範囲で
ある。よって、その範囲における荷重平均A/Bは明度変
化率最大位置を表す。即ち、荷重平均は、対象範囲の座
標値にその座標での明るさ変化量を重みとして掛けた値
の総和を正規化している。それは、明るさの変化の大き
い位置程に出力値に対する寄与率を大きくし、明るさ変
化の大きい位置を微小変動によらず全体的に求めるとい
うことになる。
以上のようにしてサンプル直線方向での長方形パター
ン位置座標列{x1|1=1,・・・,n|}が求まったなら
ば、その平均値 よりパターン列全体のサンプル直線方向での位置が求め
られるものである。IC搭載の際、問題となるのはこの方
向である。
このようにして各列毎のサンプル直線方向での位置が
求められたならば、次にはその組合せによりICや接点パ
ターン全体の位置が求められるようになっている。とこ
ろでフラット・パッケージICにはピンが4方向に出てい
るものと2方向に出ているものの2通りがあり、それに
対応して画像のパターンも第1図(a),(b)に示す
ように2種類となる。この場合対向する2つの列は互い
に平行である。
先ず第1図(a)に示す4方向パターンの場合は、4
つのパターン列からそれぞれ平均値としての座標U1,U2,
V1,V2が求められるが、ここでU1とU2,V1とV2をそれぞれ
直線で結びその交点(U,V)を全体の位置として定義
し、また、2直線の2等分線方向 は全体の方向として定義されるようになっている。この
2等分線方向 が回転ずれ情報を与えるようになっているわけである。
次に第1図(b)に示す2方向パターンの場合には、
サンプル直線方向での精度のみが問題となり、これと直
交する方向の精度は機械的位置決めで十分である。よっ
て、全体の位置(U,V)はVは固定、Uは(U1+U2)/2
として求められ、また全体の方向はU1とU2とを結ぶ方向 として定義されるようになっている。
このようにして、フラットパッケージICや基板上の接
点パターンの位置が正しく求められるものであり、これ
ら位置情報にもとづきロボットは面付け部品としてのIC
を接点パターン上に正しく搭載するところとなるもので
ある。
〔発明の効果〕
以上、説明したように、本発明による場合には、予め
大まかに位置決めされている面付け部品や基板上の接点
パターンはその全体が視覚的に捕えられた上、リード列
や接点パターン列の明るさの変化から、面付け部品と接
点パターンの位置ずれや回転ずれが容易、かつ精度良好
にして、しかも速やかに求められるから、基板上に特別
な位置決めマークや複数の視野不要として、面付け部品
は速やかに、しかも自動的にプリント基板に搭載され得
るものとなっている。
【図面の簡単な説明】
第1図(a),(b)は、画像パターンより面付け部品
や接点パターンの位置と回転方向を求める方法を説明す
るための図、第2図は、本発明に係るサーフェイスマウ
ンタの外観構成を示す図、第3図は、その動作のフロー
を示す図、第4図(a),(b)は、一例でのフラット
・パッケージICの平面と正面を示す図、第5図は、その
ICが搭載される接点パターンを示す図、第6図,第7
図,第8図は、パターン対応のサンプル点を求める方法
を説明するための図である。 1……直交形ロボット、2……基板供給装置、3……IC
供給装置、4……視覚処理装置、5……フラット・パッ
ケージIC、5−1〜5−4……ピン列、6−1〜6−4
……接点パターン列、7……サンプル直線。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 川崎 恭一 千葉県習志野市東習志野7丁目1番1号 株式会社日立製作所習志野工場内 (72)発明者 藤井 健二郎 千葉県習志野市東習志野7丁目1番1号 株式会社日立製作所習志野工場内 (56)参考文献 特開 昭54−89760(JP,A) 特開 昭59−180307(JP,A) 特開 昭60−62200(JP,A)

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数の特定パターンを有するパターン列を
    複数列備えてなる測定対象物を多値化画像として捕え、
    複数の測定線を前記測定対象物の前記複数のパターン列
    と各々交差する条件を満たすように画像上に設定し、前
    記各測定線上の画素の明るさの分布にもとづき前記測定
    対象物の各特定パターンの境界と前記測定線との交点位
    置を明るさの変化点として画素の大きさ以下の精度で求
    め、前記各パターン列における複数の前記交点位置を平
    均して前記測定線の方向における前記各パターン列の平
    均位置を求め、更に、複数のパターン列についての前記
    平均位置の情報にもとづいて、画面に予め設定されてい
    る座標を基準にした前記測定対象物の位置と姿勢のずれ
    を求め、前記測定対象物の位置と姿勢を前記位置と姿勢
    のずれにもとづいて補正することを特徴とする位置ずれ
    補正方法。
  2. 【請求項2】予め、ロボットに把持されている複数のリ
    ード列を有する面付け部品を、基板上の複数の接点パタ
    ーン列上に上記ロボットにより自動的に搭載するための
    面付け部品自動搭載方法であって、前記面付け部品の前
    記接点パターン列への搭載に先立って、前記面付け部品
    を多値化画像として捕え、複数の測定線を前記面付け部
    品の複数のリード列と各々交差する条件を満たすように
    画像上に設定し、前記各測定線上の画素の明るさの分布
    にもとづき、前記面付け部品の各リード列の各リードの
    境界と前記測定線との交点位置を明るさの変化点として
    画素の大きさ以下の精度で求め、前記面付け部品の各リ
    ード列における前記交点位置を平均して前記測定線の方
    向における前記面付け部品の各リード列の平均位置を求
    め、更に、複数のリード列についての前記平均位置の情
    報にもとづいて、画面に予め設定されている座標を基準
    にした前記面付け部品の位置と姿勢を求めるとともに、
    前記基板を多値化画像として捕え、複数の測定線を前記
    基板上の複数の接点パターン列と各々交差する条件を満
    たすように画像上に設定し、前記各測定線上の画素の明
    るさの分布にもとづき、前記基板上の各接点パターン列
    の各接点パターンの境界と前記測定線との交点位置を明
    るさの変化点として画素の大きさ以下の精度で求め、前
    記基板上の各接点パターン列における前記交点位置を平
    均して前記測定線の方向における前記基板上の各接点パ
    ターン列の平均位置を求め、更に、複数の接点パターン
    列についての前記平均位置の情報にもとづいて、画面に
    予め設定されている座標を基準にした前記基板上の接点
    パターン列の位置と姿勢を求め、前記面付け部品と前記
    基板上の接点パターン列とのそれぞれ位置と姿勢情報に
    もとづいて両者の相対的な位置と姿勢のずれを求め、該
    ずれの情報によって前記面付け部品を把持するロボット
    の動作を補正制御することを特徴とする面付け部品自動
    搭載方法。
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US06/896,864 US4737845A (en) 1985-10-11 1986-08-15 Method of loading surface mounted device and an apparatus therefor
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