(57)【要約】  【課題】  部品実装機の稼働中にカメラで撮像する部品（電子部品又は回路基板）の表面の明るさが変化しても、画像認識精度が低下しないようにする。  【解決手段】  部品実装機の稼働中に各カメラ１１，１４で部品（電子部品と回路基板）を撮像する毎に、各カメラ１１，１４の画像信号を読み込んで画像処理し、各部品の位置・姿勢等の部品情報を認識すると共に、各部品の撮像画像の所定部位の明るさを検出する。そして、部品実装機の稼働中に、各部品の撮像画像の所定部位の明るさを検出する毎に、その明るさの検出値が目標明るさ範囲内であるか否かを判定して、該明るさの検出値が目標明るさ範囲から外れたときに、該明るさが目標明るさ範囲内に収まるように各カメラ１１，１４のシャッタ速度又は光源（ライト１２、赤色ＬＥＤ１５、青色ＬＥＤ１６）の照明光度を調整する。  【選択図】  図１
2006210531.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源で照明した電子部品、回路基板等の部品を撮像するカメラを搭載した部品実装機の画像認識装置において、
前記部品実装機の稼働中に前記カメラで部品を撮像する毎に該カメラの画像信号を画像処理して該部品の位置・姿勢等の部品情報を認識すると共に該部品の撮像画像の所定部位の明るさを検出する画像処理手段と、
前記部品実装機の稼働中に前記画像処理手段で検出された明るさに基づいて前記カメラのシャッタ速度及び／又は前記光源の照明光度を調整する明るさ調整手段と
を備えていることを特徴とする部品実装機の画像認識装置。
【請求項２】
前記明るさ調整手段は、前記部品実装機の稼働中に前記画像処理手段で検出された明るさが目標明るさ範囲から外れたときに、該明るさが目標明るさ範囲内に収まるように前記カメラのシャッタ速度及び／又は前記光源の照明光度を調整することを特徴とする請求項１に記載の部品実装機の画像認識装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光源で照明した電子部品、回路基板等の部品を撮像するカメラを搭載した部品実装機の画像認識装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
一般に、部品実装機においては、吸着ノズルに吸着した電子部品を光源で照明しながらカメラで撮像して部品の吸着位置・姿勢や部品形状等を画像処理技術によって検出したり、該電子部品を実装する回路基板の位置決めマークを光源で照明しながらカメラで撮像して該回路基板の位置を検出するようにしている。この場合、カメラのシャッタ速度（露光時間）や光源の照明光度によってカメラの撮像画像の明るさが変化して、画像認識精度が低下する可能性があるため、撮像画像の明るさのばらつきをできるだけ少なくすることが望ましい。
【０００３】
このような観点から、特許文献１（特開平６−８５５００号公報）の部品実装機の画像認識装置においては、部品実装作業を行う前に、カメラにより撮像した一定物体の画像の明るさと、予め定められた基準値との比較を、光源の照明光度を変化させつつ行い、一定物体の画像の明るさが基準値とほぼ一致するときの照明光度を探索して、これを照明調整用データとしてメモリに記憶しておき、部品実装作業開始後に、この照明調整用データを用いて照明光度を調整するようにしている。
【０００４】
また、特許文献２（特開２００２−２９８１３２号公報）の部品実装機の画像認識装置においては、部品実装作業を行う前に、カメラで物体を撮像してその画像の明るさを検出する処理を、異なるシャッタ速度で繰り返して行うことで、カメラのシャッタ速度と撮像画像の明るさとの関係を一次式で求め、その撮像画像の明るさが設定値となるようにシャッタ速度を変更するようにしている。
【特許文献１】特開平６−８５５００号公報（第１頁〜第２頁等）
【特許文献２】特開２００２−２９８１３２号公報（第１頁〜第３頁等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、撮像画像の明るさは、光源の照明光度やカメラのシャッタ速度の他に、撮像対象物の表面の明るさによっても変化する。従って、部品実装作業中（部品実装機の稼働中）に、光源の照明光度やカメラのシャッタ速度が一定に保たれていると、撮像対象物の表面の明るさが変化する毎に、撮像画像の明るさが変化してしまうため、撮像対象物の表面の明るさが変化する毎に、それに応じて光源の照明光度やカメラのシャッタ速度を調整しなければ、撮像画像の明るさを一定に保つことができない。
【０００６】
しかし、上記特許文献１，２の技術では、部品実装作業中（部品実装機の稼働中）にカメラで撮像する部品（電子部品又は回路基板）の表面の明るさを検出できないため、部品実装作業中にカメラで撮像する部品の表面の明るさが変化しても、それに応じて撮像画像の明るさを調整することができず、画像認識精度が低下する可能性がある。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、部品実装機の稼働中にカメラで撮像する部品（電子部品又は回路基板）の表面の明るさが変化して画像認識精度が低下する可能性があるときに、画像認識精度が低下しないようにカメラのシャッタ速度及び／又は光源の照明光度を自動調整して撮像画像の明るさを自動調整するという制御を実現できる部品実装機の画像認識装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、光源で照明した電子部品、回路基板等の部品を撮像するカメラを搭載した部品実装機の画像認識装置において、部品実装機の稼働中にカメラで部品を撮像する毎に該カメラの画像信号を画像処理して、該部品の位置・姿勢等の部品情報を認識すると共に、該部品の撮像画像の所定部位の明るさを検出して、前記部品実装機の稼働中に撮像画像の明るさの検出値に基づいて前記カメラのシャッタ速度及び／又は前記光源の照明光度を明るさ調整手段により調整するようにしたものである。
【０００９】
このようにすれば、部品実装機の稼働中に、カメラで撮像する部品（電子部品又は回路基板）の表面の明るさが変化して画像認識精度が低下する可能性があるときに、画像認識精度が低下しないようにカメラのシャッタ速度及び／又は光源の照明光度を自動調整して撮像画像の明るさを自動調整するという制御を実現できる。これにより、部品実装機の稼働中に、カメラで撮像する部品の表面の明るさが変化しても、撮像画像の明るさを目標明るさ範囲内に保つことが可能となり、画像認識精度の低下を防止することができて、部品実装機の画像認識装置の信頼性を向上することができる。
【００１０】
本発明は、画像処理手段で検出された明るさが変化する毎に、その都度、カメラのシャッタ速度及び／又は光源の照明光度を自動調整して撮像画像の明るさを自動調整するようにしても良いが、目標の画像認識精度を確保するのに必要な撮像画像の明るさは、ある程度の幅があるため、その幅の範囲内の明るさの変化であれば、撮像画像の明るさを調整しなくても、目標の画像認識精度を確保することができる。
【００１１】
この点を考慮して、請求項２のように、部品実装機の稼働中に、画像処理手段で検出された明るさが目標明るさ範囲から外れたときに、該明るさが目標明るさ範囲内に収まるようにカメラのシャッタ速度及び／又は光源の照明光度を調整するようにすると良い。このようにすれば、部品実装機の稼働中に撮像画像の明るさを調整する回数を必要最小限にすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を具体化した一実施例を図面に基づいて説明する。まず、図１に基づいて部品実装機の画像認識装置全体の概略構成を説明する。
【００１３】
パーツカメラ１１は、部品実装機の吸着ノズルに吸着した電子部品をライト１２（光源）で照明しながら撮像するカメラであり、シャッタ速度（露光時間）を調整する機能を備えている。マークカメラ１４は、電子部品を実装する回路基板の位置決めマークを光源（赤色ＬＥＤ１５又は青色ＬＥＤ１６）で照明しながら撮像するカメラであり、シャッタ速度（露光時間）を調整する機能を備えている。
【００１４】
制御装置１７は、部品実装機の稼働中（部品実装作業中）に、パーツカメラ１１とマークカメラ１４の撮像タイミングを制御すると共に、各カメラ１１，１４で部品（電子部品と回路基板）を撮像する毎に、各カメラ１１，１４の画像信号を読み込んで画像処理し、各部品の位置・姿勢等の部品情報を認識すると共に、各部品の撮像画像の所定部位の明るさを検出する画像処理手段として機能する。
【００１５】
更に、制御装置１７は、部品実装機の稼働中に各カメラ１１，１４の画像信号を読み込んで画像処理する毎に、各部品の撮像画像の所定部位の明るさの検出値が目標明るさ範囲内であるか否かを判定して、該明るさの検出値が目標明るさ範囲から外れたときに、該明るさが目標明るさ範囲内に収まるように各カメラ１１，１４のシャッタ速度を調整する明るさ調整手段として機能する。
【００１６】
また、制御装置１７は、図２及び図５に示すキャリブレーション治具２１，２２を用いて各カメラ１１，１４の撮像画像の明るさをキャリブレーション（校正）する機能を備えている。以下、この明るさキャリブレーション機能について説明する。
【００１７】
パーツカメラ１１の撮像画像の明るさをキャリブレーションする場合は、図２に示すキャリブレーション治具２１を用いる。このパーツカメラ１１のキャリブレーション治具２１は、逆円錐台形状に形成され、その下面及び側面がキャリブレーションのための基準色（グレー色）に着色されている。そして、このキャリブレーション治具２１を部品実装機の吸着ノズルに吸着した状態で、パーツカメラ１１でキャリブレーション治具２１を撮像する。この際、キャリブレーション治具２１の下面を撮像する場合は、ライト１２をフロントライト点灯パターンで点灯させてキャリブレーション治具２１の下面側から照明し、キャリブレーション治具２１の側面を撮像する場合は、ライト１２をサイドライト点灯パターンで点灯させてキャリブレーション治具２１の側面側から照明する。
【００１８】
キャリブレーション治具２１の下面の撮像画像の明るさをキャリブレーションする場合は、ライト１２をフロントライト点灯パターンで点灯させて、パーツカメラ１１のシャッタ速度を例えば１００μｓから１００μｓ単位で増加させて、グレー値が２５５になるまで画像信号の取り込みを繰り返して行い、キャリブレーション治具２１の下面の撮像画像のグレー値の測定を行う。これにより、図３に示すように、キャリブレーション治具２１の下面の撮像画像について、パーツカメラ１１のシャッタ速度とグレー値との関係を表す関係式Ａを導出する。尚、シャッタ速度の異なる２つ以上の測定点からシャッタ速度とグレー値との関係式Ａを算出するようにしても良い。
【００１９】
また、キャリブレーション治具２１の側面の撮像画像の明るさをキャリブレーションする場合は、ライト１２をサイドライト点灯パターンで点灯させて、上記と同様に、パーツカメラ１１のシャッタ速度を例えば１００μｓから１００μｓ単位で増加させて、グレー値が２５５になるまで画像信号の取り込みを繰り返して行い、キャリブレーション治具２１の側面の撮像画像のグレー値の測定を行う。これにより、図４に示すように、キャリブレーション治具２１の側面の撮像画像について、パーツカメラ１１のシャッタ速度とグレー値との関係を表す関係式Ｂを導出する。尚、シャッタ速度の異なる２つ以上の測定点からシャッタ速度とグレー値との関係式Ｂを算出するようにしても良い。
【００２０】
一方、マークカメラ１４の撮像画像の明るさをキャリブレーションする場合は、図５に示すキャリブレーション治具２２を用いる。このマークカメラ１４のキャリブレーション治具２２は、回路基板と同じ形状に形成され、その上面にキャリブレーションの基準色（グレー色）に着色したマーク２３が形成されている。そして、このキャリブレーション治具２２を回路基板を搬送するコンベア上にセットし、マークカメラ１４でキャリブレーション治具２２のマーク２３を撮像する。
【００２１】
この際、赤色ＬＥＤ１５を点灯してキャリブレーション治具２２のマーク２３を照明した状態で、マークカメラ１４のシャッタ速度を例えば１００μｓから１００μｓ単位で増加させて、グレー値が２５５になるまで画像信号の取り込みを繰り返して行い、キャリブレーション治具２２のマーク２３の撮像画像のグレー値の測定を行う。これにより、図６に示すように、赤色ＬＥＤ１５の点灯時のキャリブレーション治具２２の撮像画像について、マークカメラ１４のシャッタ速度とグレー値との関係を表す関係式Ｃを導出する。尚、シャッタ速度の異なる２つ以上の測定点からシャッタ速度とグレー値との関係式Ｃを算出するようにしても良い。
【００２２】
同様の方法で、青色ＬＥＤ１６の点灯時のキャリブレーション治具２２の撮像画像について、マークカメラ１４のシャッタ速度とグレー値との関係を表す関係式Ｄを導出する（図７参照）。
【００２３】
そして、部品実装機の運転開始時に、キャリブレーション治具２１，２２で導出した関係式Ａ〜Ｄを用いて、照明方法に応じて各カメラ１１，１４のシャッタ速度の初期値をそれぞれ目標明るさ範囲の中央値（例えばグレー値１２８）に相当するシャッタ速度に設定する。
【００２４】
制御装置１７は、部品実装機の稼働中に図８の明るさ調整ルーチンを所定周期で実行することで、パーツカメラ１１のシャッタ速度を次のようにして自動調整する。図８の明るさ調整ルーチンが起動されると、まずステップ１０１で、部品の撮像タイミングであるか否かを判定し、部品の撮像タイミングでなければ、以降の処理を行うことなく、本ルーチンを終了する。
【００２５】
これに対して、部品の撮像タイミングであれば、ステップ１０２に進み、パーツカメラ１１の画像信号を読み込んで、次のステップ１０３で、画像処理して部品の位置・姿勢等の部品情報を認識すると共に、該部品の撮像画像の所定部位の明るさを検出する。この後、ステップ１０４に進み、部品の撮像画像の明るさ検出値が目標明るさ範囲内であるか否かを判定し、明るさ検出値が目標明るさ範囲内であれば、パーツカメラ１１のシャッタ速度を調整する必要がないと判断して、本ルーチンを終了する。
【００２６】
もし、上記ステップ１０４で、明るさの検出値が目標明るさ範囲から外れていると判定されれば、ステップ１０５に進み、部品の撮像画像の明るさを目標明るさ範囲の中央値付近に設定するようにパーツカメラ１１のシャッタ速度を調整する。この場合、図３に示すように、予め、カメラ１１のシャッタ速度とグレー値との関係式（Ｙ＝ａＸ＋ｂ）が求められているため、上記ステップ１０４で、明るさの検出値が目標明るさ範囲から外れている場合は、ｂをオフセットすることにより、パーツカメラ１１のシャッタ速度の最適値が容易に得られる。
尚、マークカメラ１４のシャッタ速度についても、部品実装機の稼働中にパーツカメラ１１と同様の方法で自動調整される。
【００２７】
以上説明した本実施例によれば、部品実装機の稼働中に各カメラ１１，１４の画像信号を読み込んで画像処理する毎に、各カメラ１１，１４の撮像画像の所定部位の明るさの検出値が目標明るさ範囲内であるか否かを判定して、該明るさの検出値が目標明るさ範囲から外れたときに、該明るさが目標明るさ範囲内に収まるように各カメラ１１，１４のシャッタ速度を調整するようにしたので、部品実装機の稼働中に、各カメラ１１，１４で撮像する部品の表面の明るさが変化しても、撮像画像の明るさを目標明るさ範囲内に保つことが可能となり、画像認識精度の低下を防止することができて、部品実装機の画像認識装置の信頼性を向上することができる。
【００２８】
尚、本発明は、上記実施例に限定されず、部品実装機の稼働中に部品の撮像画像の所定部位の明るさの検出値が変化する毎に、その都度、カメラ１１，１４のシャッタ速度を自動調整して撮像画像の明るさを自動調整するようにしても良い等、カメラ１１，１４のシャッタ速度の調整タイミングを適宜変更しても良い。
また、パーツカメラ１１とマークカメラ１４のいずれか一方についてのみ本発明を適用しても良い。
【００２９】
また、カメラ１１，１４のシャッタ速度（露光時間）を調整する代わりに、光源（ライト１２、赤色ＬＥＤ１５、青色ＬＥＤ１６）の照明光度（電流値）を調整するようにしても良い。この場合、予め、光源の照明光度（電流値）とグレー値との関係を表す関係式を導出しておき、明るさ検出値と目標明るさ範囲の中央値との偏差に応じて光源の照明光度（電流値）を調整すれば良い。勿論、カメラ１１，１４のシャッタ速度と光源の照明光度（電流値）の両方を調整して撮像画像の明るさを目標明るさ範囲内に保つようにしても良い。
【００３０】
また、キャリブレーション治具２１は、図２に示すような逆円錐台形状のものに限定されず、球体形状、半球体形状、その他の形状であっても良い。
また、本実施例の部品実装機と同一の画像認識システム（光源、カメラ）を備えた機外装置で、予め図８の明るさ調整ルーチンを使用すれば、明るさデータを各部品毎に部品データ作成と共に事前に保有できる。
【００３１】
その他、本発明は、光源等の構成を適宜変更しても良い等、種々変更して実施できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の一実施例における部品実装機の画像認識装置全体の概略構成を示すブロック図である。
【図２】（ａ）はパーツカメラ用のキャリブレーション治具の正面図、（ｂ）は同下面図である。
【図３】キャリブレーション治具の下面撮像時のパーツカメラのシャッタ速度とグレー値との関係を表す図である。
【図４】キャリブレーション治具の側面撮像時のパーツカメラのシャッタ速度とグレー値との関係を表す図である。
【図５】マークカメラ用のキャリブレーション治具の斜視図である。
【図６】赤色ＬＥＤ点灯時のマークカメラのシャッタ速度とグレー値との関係を表す図である。
【図７】青色ＬＥＤ点灯時のマークカメラのシャッタ速度とグレー値との関係を表す図である。
【図８】明るさ調整ルーチンの処理の流れを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００３３】
１１…パーツカメラ、１２…ライト（光源）、１４…マークカメラ、１５…赤色ＬＥＤ（光源）、１６…青色ＬＥＤ（光源）、１７…制御装置（画像処理手段，明るさ調整手段）、２１，２２…キャリブレーション治具
【図１】
2006210531.tif 000003
【図２】
2006210531.tif 000004
【図３】
2006210531.tif 000005
【図４】
2006210531.tif 000006
【図５】
2006210531.tif 000007
【図６】
2006210531.tif 000008
【図７】
2006210531.tif 000009
【図８】
2006210531.tif 000010