(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品装着機における電子部品の中心および角度を検出する部品検出方法であって、電子部品の電極の大まかな位置を検出する第１工程と、４辺からなる電極のある１辺を一方向の複数の走査線により走査し、各走査線毎にエッジ点を検出し、前記一方向の走査線とは反対方向の走査線により、前記辺と対向する辺のエッジ点を各走査線毎に検出する第２工程と、上記複数のエッジ点から電極の偏角が零度になるように設定した投影用の２次元座標軸を求める第３工程と、各辺の任意のエッジ点を結んだ線分の中点を求める第４工程と、求めた中点位置をステップ３で求めた２つの座標軸のうち前記両辺に直交する座標軸上に垂直に投影し、その位置をヒストグラムに加算する第５工程と、第４工程から第５工程を必要回数繰り返して求められた中点位置を、前記座標軸上に投影加算してヒストグラムを作成する第６工程と、前工程の処理結果から得られたヒストグラムのピーク位置を検出し、このピーク位置を通り前記第３工程で得られた２次元座標軸と平行に且つ電極上を通る直線を電極の中心線とする第７工程と、第２工程でエッジ点を求めた２辺以外の２辺についても第２工程から第７工程を行い電極の他の中心線を求める第８工程と、求めた２つの中心線の交点を電極の中心とする第９工程と、第１工程で検出した電極についてそれぞれ繰り返す第１０工程と、電極の中心を用いて、部品の中心位置および角度を求める第１１工程と、検出した電極の位置を用いて、電極数・電極間距離から部品の状態や品質を評価する第１２工程からなる部品検出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は電子部品装着機において、部品の装着位置の補正を行うために、視覚認識技術を用いて部品の中心および角度を検出する部品検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、電子部品を基板上に実装する電子部品装着機では、視覚認識技術を応用した部品検出方法により部品位置決めが行われている。図２に示す電子部品実装機の概念図および図１３から図１６を参照して、従来の部品検出方法について説明する。
【０００３】
図２において、装着ヘッドの本体を形成する円筒部５６の外周に沿って、電子部品等の装着ノズル５５が均等間隔で配置され、各ノズルは円筒部５６の軸のまわりに間欠運転し、各作業位置に移動するとともに、ノズルはそれ自体の軸においても自転可能である。５７は電子部品装着機のデータ処理および制御を行うデータ処理部であり、装置全体の動作制御プログラム及び図１のフローに示される制御プログラムを含む各種のプログラム、及び電子部品の実装順序、装着に必要な各電子部品毎の装着位置（中心位置）、部品の方向（中心線の方向）及び必要精度、その他の基礎データを内蔵している。次に、装着の動作について説明する。装着ノズル５５は、位置５５ａで部品供給部５４から、電子部品５３を吸着保持し、位置５５ｂで装着に必要な大略の予備回転（プリ回転）を行った後、位置５５ｃでＣＣＤ撮像カメラ５１及び画像データ処理部（認識ボード）５０により、ノズル５５に対する吸着保持位置・姿勢を計測する。画像データ処理部５０には、撮像カメラ５１からの画像出力を処理して、部品の中心・角度等を求めるプログラムが内蔵されている。これらの部品の中心・角度等と装着に要求される当該部品５３の装着位置・部品の方向のデータの関係に基づいて、データ処理部５７からの制御信号により、位置５５ｄでノズルの補正回転を行い、正しい方向に部品５３の向きが修正された状態で、位置５５ｅでプリント基盤５２の所定位置に前記部品５３が装着される。
【０００４】
次に、上記ＣＣＤ撮像カメラ５１で撮像され、２次元濃淡画像に処理された部品の画像（以下、部品と示す）から、部品の中心および傾きを求める方法について説明する。
従来、部品の検出には次の２通りの方法が用いられてきた。その１つは、部品の外形から部品を検出する方法であり、他の１つは、部品の有する電極の位置から部品の検出を行う方法である。後者の利点は、電極を認識することにより、電極数や電極間の距離を評価して部品の不良の判定ができることである。
【０００５】
以下、図１３から図１６を参照して、部品の電極の位置から部品検出を行う従来の部品検出方法について説明する。図１３は従来の部品検出方法を示すフローチャートである。図３および図１４から図１６は、図１３に示される手順における動作状態をそれぞれ表した図である。
先ず、ステップ１で、撮像された部品画像（以下、部品と示す）および予め与えられている部品の寸法、電極数、電極間の距離等の部品データから、電極６２の大まかな候補位置６３を検出する。例として、部品６１のなかで比較的明るく撮像される箇所を電極の候補位置６３とする方法を用いる。図３は図１３のステップ１における動作を図に示したものである。
【０００６】
次のステップ２で、前記電極位置６３を参考に、図１４に示すように、電極６２の幅方向の端点６５を検出するためのウィンドウ６４をはり、幅方向の端点６５を検出する。端点の検出方法の例として、暗から明へ、もしくは明から暗へといった明るさの変化する位置を端点とする方法を用いる。
次のステップ３で、図１５に示すように、電極６２の長さ方向の端点６７を検出するためのウィンドウ６６を、幅方向の端点６５で決定される電極の中央部にはり、電極６２の長さ方向の端点６７を求める。
【０００７】
次のステップ４で、ステップ１で検出した電極について、上記ステップ２とステップ３を、繰り返し行い、それぞれの電極について、長さ方向の端点６７を求める。
次のステップ５で、図１６に示すように、前記長さ方向の端点６７を用いて、部品６１の中心６９および部品と水平線との角度７０を求める。中心６９および角度７０を求める方法は、部品の形状によってさまざまであり、図１６の例では、２つの電極６２の長さ方向の端点６７を結んだ線分６８の中点を部品６１の中心６９とし、また、前記線分６８の水平線との角度を部品６１の角度７０とする。
【０００８】
次のステップ６で、前記手順により求めた電極の長さ方向の端点６７を用いて、電極数および電極間の距離を検出し部品の変形等の評価を行う。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一般に、部品実装機において視覚認識部の部品検出は高い精度と信頼性が要求されている。
しかしながら、前記の従来の部品検出方法では、部品の中心および角度の精度が、電極の長さ方向の端点の検出精度に影響されるために、照明の当たり具合や電極の表面処理加工による凹凸等によって、電極の形状が正しく撮像されない場合には、部品検出が正しく行われないという問題点がある。
【００１０】
図１７は、本来長方形に近い形で撮像されるべき電極の先端部が、前記の原因によって暗い影７６が生じ、そのため誤った長さ方向の端点７２が検出された例を示している。
また、図１８も前記の原因によって、電極部に暗い影７６が生じて、誤った幅方向の端点７４が検出されたために、それらを基準に検出される長さ方向の端点７５が誤って検出された例を示している。
【００１１】
このように、誤った電極の長さ方向の端点７２および７５を用いて部品の中心位置６９や角度７０を求めると、その検出精度に悪影響を生ずる。また、上記ステップ５において、電極間の距離によって部品の変形等の評価を行う場合に、誤った判定を行う場合が生ずる。
本発明は前記問題点に鑑み、部品の電極の撮像状態に影響されにくい高精度の部品検出方法を提供することを目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために本発明では、電極の偏角が零度になるように設定した投影用の２次元座標軸を求め、電極各辺の任意のエッジ点を結んだ線分の中点を求め、求めた中点位置を２次元座標軸上に垂直に投影し、ヒストグラムを用いて統計的処理を実施することによって、照明の当たり具合や、電極の表面処理加工のばらつきによる凹凸等によって、電極の形状が正しく撮像されない場合に生ずる電極位置の検出への悪影響を低減し、高精度でかつ安定した部品検出が可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の請求項に記載の発明は、電子部品装着機における電子部品の中心および角度を検出する部品検出方法であって、電子部品の電極の大まかな位置を検出する第１工程と、４辺からなる電極のある１辺を一方向の複数の走査線により走査し、各走査線毎にエッジ点を検出し、前記一方向の走査線とは反対方向の走査線により、前記辺と対向する辺のエッジ点を各走査線毎に検出する第２工程と、上記複数の境界点から電極の偏角が零度になるように設定した投影用の２次元座標軸を求める第３工程と、各辺の任意のエッジ点を結んだ線分の中点を求める第４工程と、求めた中点位置をステップ３で求めた２つの座標軸のうち前記両辺に直交する座標軸上に垂直に投影し、その位置をヒストグラムに加算する第５工程と、第４工程から第５工程を必要回数繰り返して求められた中点位置を、前記座標軸上に投影加算してヒストグラムを作成する第６工程と、前工程の処理結果から得られたヒストグラムのピーク位置を検出し、このピーク位置を通り前記第３工程で得られた２次元座標軸と平行に且つ電極上を通る直線を電極の中心線とする第７工程と、第２工程でエッジ点を求めた２辺以外の２辺についても第２工程から第７工程を行い電極の他の中心線を求める第８工程と、求めた２つの中心線の交点を電極の中心とする第９工程と、第１工程で検出した電極についてそれぞれ繰り返す第１０工程と、電極の中心を用いて、部品の中心位置および角度を求める第１１工程と、検出した電極の位置を用いて、電極数・電極間距離から部品の状態や品質を評価する第１２工程からなる部品検出方法であり、前記のような電極の撮像状態が安定しない場合であっても、高精度で部品を検出できるという作用を有する。
【００１４】
以下に、図１から図１０を参照して本発明の具体例を説明する。図１は本発明の実施例の全体の構成を示すフローチャートであり、１から１３にはそれぞれの実施の手順が示されている。また、図２の電子部品実装機については、従来例で説明したものを援用する。図３から図１０は、図１に示される手順における動作状態をそれぞれ表した図である。
【００１５】
先ず、ステップ１で、撮像された部品画像（以下、部品と示す）および予め与えられている部品の寸法、電極数、電極間の距離等の部品データから、電極６２の大まかな候補位置６３を検出する。図３はステップ１における検出動作を図で示したものである。
ステップ２は、電極６２のある１辺およびその辺に対向する辺の境界点（エッジ点）を検出する。図４に示すように、電極６２を下向きの走査線８０により走査し、各走査線毎に多数のエッジ点８１を検出する。次に、図５に示すように、図４の下向きの走査線とは反対方向の走査線８２により、前記辺と対向する辺のエッジ点８３を各走査線毎に多数検出する。
【００１６】
ステップ３は、図６に示すように、上記複数の境界点から楕円近似法等の手法で求めた電極の偏角を基に、投影用の座標軸ｘ，ｙを設定する。
次のステップ４は、図７に示すように、両辺のエッジ点８１、８３の中からそれぞれ１点ずつ任意にピックアップし、この２点の中点９５を求めるものであり、ステップ５は、ステップ４で求めた中点９５の位置を、ステップ３で求めた座標軸ｘ，ｙの前記両辺に垂直に投影し、その位置をヒストグラムに加算するものである。
【００１７】
ステップ６は、ステップ３からステップ５の作業を必要回数繰り返し、中点９５のｙ座標の位置を加算し、ｙ軸上にヒストグラム８６を作成する。なお、ステップ３で設定した投影用の座標軸ｘ，ｙはステップ４からステップ５を繰り返しても変化ないので、省いても良い。
ステップ７は、図８に示すように、ヒストグラム８６のピーク８７を検出し、このピーク位置を通りステップ３で得られた２次元座標軸と平行に且つ電極上を通る直線（この場合はｘ軸に沿って延長した直線となる）を電極６２の中心線８８とする。
ステップ８は、ステップ２でエッジ点を求めた２辺以外の他の一組の２辺についても同様にステップ２からステップ７の作業を繰り返す。
【００１８】
ステップ９は、図９に示すように、前記の作業で求めた中心線８８の交点を電極６２の中心８９と決定する。
ステップ１０は、ステップ１で検出したすべての電極について前記ステップ２からステップ９を行い、ステップ１１は、前記で決定された電極の中心８９を用いて、部品の中心６９を求める。図１０は、２つの電極を有する部品の例で、それぞれの電極の中心８９を結んだ線分９０の中点の位置を部品６１の中心６９とし、線分９０の水平線との偏角を部品６１の角度７０とする。
【００１９】
ステップ１２は、前記電極の中心８９から、電極数や電極間の距離を求め、部品の変形等の不良がないかを評価する。図１０の例では、電極間の距離である線分９０の長さと、予め与えられている部品６１の電極間の距離とを比較して、部品６１が変形していないかを評価する。
図１１は、本来長方形に近い形で撮像されるべき電極の先端部に、前記の原因によって暗い影７６が生じた場合であっても、正しく電極の中心８９が検出された状態を示している。
【００２０】
また、図１２も、前記の原因によって電極部に暗い影７６が生じた場合であるが、同様に正しい電極の中心８９が検出できている。
【００２１】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、電極の位置から部品検出を行う場合に、電極の表面処理加工による凹凸や電極への照明の当たり具合によって生じる明暗などの影響を、ヒストグラムを用いる統計的処理で軽減し、正しい電極の中心を検出するので、精度および信頼性の高い認識結果を得ることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示すフローチャートである。
【図２】本発明で使用される部品装着機の構成図である。
【図３】従来の部品検出方法および本発明の部品検出方法による部品検出の概念図である。
【図４】本発明による部品検出方法の部品検出の概念図である。
【図５】本発明による部品検出方法の部品検出の概念図である。
【図６】本発明による部品検出方法の部品検出の概念図である。
【図７】本発明による部品検出方法の部品検出の概念図である。
【図８】本発明による部品検出方法の部品検出の概念図である。
【図９】本発明による部品検出方法の部品検出の概念図である。
【図１０】本発明による部品検出方法の部品検出の概念図である。
【図１１】一部分に暗い影がある電極を本発明による部品検出方法で実施した適用例である。
【図１２】一部分に暗い影がある電極を本発明による部品検出方法で実施した適用例である。
【図１３】従来の部品検出方法の一実施の形態を表すフローチャートである。
【図１４】従来の部品検出方法の部品検出の概念図である。
【図１５】従来の部品検出方法の部品検出の概念図である。
【図１６】従来の部品検出方法の部品検出の概念図である。
【図１７】一部分に暗い影がある電極を従来の部品検出方法で実施した適用例である。
【図１８】一部分に暗い影がある電極を従来の部品検出方法で実施した適用例である。
【符号の説明】
ステップ１  部品の電極の大まかな位置を検出する工程
ステップ２  電極のエッジ点を検出する工程
ステップ３  電極の投影用の座標軸を設定する工程
ステップ４  対向する両辺のエッジ点から両点の中点を求める工程
ステップ５  エッジ点の中点位置からヒストグラムを作成する工程
ステップ６  数回繰り返す工程
ステップ７  ヒストグラムのピーク位置から電極の中心線を求める工程
ステップ８  他の１辺について繰り返す工程
ステップ９  中心線の交点から電極の中心を求める工程
ステップ１０  ステップ１で検出した電極に繰り返す工程
ステップ１１  部品の中心および角度を求める工程
ステップ１２  電極数や電極間距離等を評価する工程
５０  画像データ処理部
５１  ＣＣＤカメラ
５３  部品
５５ａ〜ｅ  吸着ノズル
５６  ロータリーテーブル
５７  データ処理部
６１  部品
６２  電極
６３  電極の大まかな位置
７６  電極の表面の凹凸や照明の当たり具合によって暗く撮像された電極の一部
８１  エッジ点
８３  エッジ点
８５  ヒストグラム投影座標軸
８６  エッジ点の中点の位置ヒストグラム
８７  ヒストグラムのピーク点
８８  電極の中心線
８９  電極の中心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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