(57)【要約】  本発明は、基板に設けられた検出対象物の配設位置を検出する位置検出工程と、検出した配設位置に基づいて基板に所定の生産作業を実施する作業実施工程と、を備える基板の生産作業方法であって、位置検出工程は、基板を複数の撮像条件で撮像して、二次元座標上に配置された各画素の輝度値を含む複数の原画像データを取得する画像取得ステップと、複数の原画像データの２つを演算対象とし、同じ座標値の画素の輝度値の差分を演算して、各画素の輝度差分値からなる差分画像データを取得する差分演算ステップと、差分画像データに基づいて配設位置を決定する位置決定ステップと、を有する。これにより、簡易な装置構成を用いつつ画像処理により基板上の検出対象物の配設位置を精度よく検出できる。
2015025403.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に設けられた検出対象物の配設位置を検出する位置検出工程と、検出した配設位置に基づいて前記基板に所定の生産作業を実施する作業実施工程と、を備える基板の生産作業方法であって、
前記位置検出工程は、
前記基板を複数の撮像条件で撮像して、二次元座標上に配置された各画素の輝度値を含む複数の原画像データを取得する画像取得ステップと、
前記複数の原画像データの２つを演算対象とし、同じ座標値の画素の輝度値の差分を演算して、前記各画素の輝度差分値からなる差分画像データを取得する差分演算ステップと、
前記差分画像データに基づいて前記配設位置を決定する位置決定ステップと、を有する基板の生産作業方法。
【請求項２】
前記画像取得ステップにおける複数の撮像条件は、前記基板を撮像するカメラの露光時間条件、撮像時に前記基板に照明光を照射する光源の光源色条件、および前記照明光の照射方向条件のうち少なくとも一条件を変更したものである請求項１に記載の基板の生産作業方法。
【請求項３】
前記差分演算ステップは、前記各画素の前記輝度差分値が負値になった場合に符号を反転して正値にする絶対値演算ステップを含み、
前記位置決定ステップでは、前記差分画像データ上で前記座標値の変化に応じて前記各画素の輝度差分値が変化する変化量または変化率に基づいて、あるいは、前記差分画像データの前記各画素の輝度差分値と所定閾値との大小関係に基づいて、前記配設位置と、前記配設位置以外の他位置とを判別する請求項１または２に記載の基板の生産作業方法。
【請求項４】
前記座標値の変化に応じて前記各画素の輝度値が滑らかに変化するように前記原画像データを平滑化補正処理する平滑化ステップを前記画像取得ステップの次に有する請求項１〜３のいずれか一項に記載の基板の生産作業方法。
【請求項５】
前記差分画像データの前記配設位置に含まれる画素の輝度差分値が前記配設位置以外の他位置に含まれる画素の輝度差分値よりも小さい場合に限り、前記二次元座標上に配置された各画素の輝度差分値の大小関係を反転する反転演算ステップを前記差分演算ステップの次に有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の基板の生産作業方法。
【請求項６】
前記画像取得ステップにおける複数の撮像条件を予め決定しておく撮像条件決定工程を前記位置検出工程よりも前に備える請求項１〜５のいずれか一項に記載の基板の生産作業方法。
【請求項７】
前記撮像条件決定工程は、
前記検出対象物が設けられかつ前記配設位置が既知の見本基板を多様な撮像条件で撮像して、前記二次元座標上に配置された各画素の輝度値を含む多様な試行画像データを取得する試行画像取得ステップと、
前記多様な試行画像データの２つを組み合わせた多数の組合せを演算対象とし、各前記組合せで同じ座標値の画素の輝度値の差分または差分の絶対値を演算して、前記各画素の輝度差分値からなる多数の試行差分画像データを取得する試行差分演算ステップと、
前記既知の配設位置に基づいて前記多数の試行差分画像データのそれぞれの適否を判定し、適正と判定した試行差分画像データの元になった２つの試行画像データの撮像条件を前記画像取得ステップにおける複数の撮像条件に決定する試行判定ステップと、を有する請求項６に記載の基板の生産作業方法。
【請求項８】
前記試行判定ステップで、前記多数の試行差分画像データのそれぞれについて、
前記既知の配設位置に含まれる複数の画素の輝度差分値の平均値と、前記既知の配設位置以外の他位置に含まれる複数の画素の輝度差分値の平均値との偏差で表される平均輝度差が所定輝度差以上となる第１条件、ならびに、
前記既知の配設位置に含まれる複数の画素の輝度差分値がばらつく分布の分散値が所定分散値以下となる第２条件、ならびに、
前記他位置に含まれる複数の画素の輝度差分値がばらつく分布の分散値が所定分散値以下となる第３条件、の少なくとも一条件に基づいて適否を判定する請求項７に記載の基板の生産作業方法。
【請求項９】
前記試行判定ステップで、
前記配設位置と前記他位置との間に、前記画素の輝度差分値を適否の判定に使用しない中立位置を設定する請求項８に記載の基板の生産作業方法。
【請求項１０】
前記位置検出工程は、前記基板に印刷されたペースト状半田を前記検出対象物とし、前記ペースト状半田が存在する半田位置を前記配設位置とする半田位置検出工程であり、
前記作業実施工程は、検出した半田位置に基づいて前記基板の前記ペースト状半田の上に部品を装着する部品装着実施工程である請求項１〜９のいずれか一項に記載の基板の生産作業方法。
【請求項１１】
基板に設けられた検出対象物を撮像する複数の撮像条件を予め決定しておく撮像条件決定工程と、前記基板を前記複数の撮像条件で撮像して取得した複数の原画像データに基づいて前記検出対象物の配設位置を検出する位置検出工程と、検出した配設位置に基づいて前記基板に所定の生産作業を実施する作業実施工程と、を備え、前記撮像条件決定工程における基板の撮像条件決定方法であって、
前記検出対象物が設けられかつ前記配設位置が既知の見本基板を多様な撮像条件で撮像して、二次元座標上に配置された各画素の輝度値を含む多様な試行画像データを取得する試行画像取得ステップと、
前記多様な試行画像データの２つを組み合わせた多数の組合せを演算対象とし、各前記組合せで同じ座標値の画素の輝度値の差分または差分の絶対値を演算して、前記各画素の輝度差分値からなる多数の試行差分画像データを取得する試行差分演算ステップと、
前記既知の配設位置に基づいて前記多数の試行差分画像データのそれぞれの適否を判定し、適正と判定した試行差分画像データの元になった２つの試行画像データの撮像条件を前記位置検出工程における複数の撮像条件に決定する試行判定ステップと、を有する基板の撮像条件決定方法。
【請求項１２】
前記試行判定ステップで、前記多数の試行差分画像データのそれぞれについて、
前記既知の配設位置に含まれる複数の画素の輝度差分値の平均値と、前記既知の配設位置以外の他位置に含まれる複数の画素の輝度差分値の平均値との偏差で表される平均輝度差が所定輝度差以上となる条件、ならびに、
前記既知の配設位置に含まれる複数の画素の輝度差分値がばらつく分布の分散値が所定分散値以下となる条件、ならびに、
前記他位置に含まれる複数の画素の輝度差分値がばらつく分布の分散値が所定分散値以下となる条件、の少なくとも一条件に基づいて適否を判定する請求項１１に記載の基板の撮像条件決定方法。
【請求項１３】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の基板の生産作業方法、ならびに請求項１１または１２に記載の基板の撮像条件決定方法のいずれか一方法を行う基板の生産作業装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多数の部品を実装した基板を生産する作業方法、生産途中に基板を撮像するときの撮像条件を決定する方法、および基板を生産する作業装置に関する。より詳細には、本発明は、基板を撮像して取得した原画像データに画像処理を施してペースト状半田などの検出対象物の配設位置を検出し、これに基づいて基板に所定の生産作業を実施する方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
多数の部品が実装された基板を生産する機器として、半田印刷機、部品実装機、リフロー炉、基板検査機などがあり、これらを連結して基板生産ラインを構築する場合が多い。このうち部品実装機は、基板搬送装置、部品供給装置、および部品移載装置を備えるのが一般的である。基板搬送装置は、基板の搬入出および位置決めを行う。部品供給装置は、複数の部品種の部品を所定の供給位置に順次供給する。部品移載装置は、位置決めされた基板を撮像する基板カメラと、負圧を利用して部品供給装置から部品を吸着採取し基板に装着する吸着ノズルと、基板カメラおよび吸着ノズルを保持した装着ヘッドを駆動するヘッド駆動部とを備える。【０００３】
部品を基板上の所定の装着ポイントに装着するために、位置決めされた基板のフィデューシャルマークを撮像して、予め位置決め誤差を補正することが一般的に行われている。これにより、基板上の座標値を用いて、吸着ノズルを装着ポイントへと正確に位置制御できる。ところで、半田印刷機では、装着ポイントに相当するランド（回路パターンのうち部品のリードを半田付けする部位）にペースト状半田を印刷するときに、何らかの原因で印刷がずれて、半田位置がランドの中央から偏移してしまう場合が生じ得る。この場合、座標値に基づいた位置制御を行うと、部品の実際の装着ポイントは、ランドの中央であっても半田位置の中央からは偏移する。すると、リフロー炉で再融解した半田がランドの中央へ流動するのに伴い、部品が本来の装着ポイントであるランドの中央から押し出されたり転倒したりする弊害が生じる。【０００４】
上記したペースト状半田の印刷ずれに起因する弊害を防止するために、ＴＯＰ（Target On Paste）実装の技術が開発されている。ＴＯＰ実装では、ペースト状半田が実際に印刷された半田位置を検出し、これに合わせて部品の装着ポイントの座標値を補正してから装着を行う。これにより、リフロー炉でセルフアライメント効果が得られる。つまり、半田位置の中央に装着された部品は、再融解した半田の流動に伴って自動的に本来の装着ポイントであるランドの中央付近へ位置補正される。ＴＯＰ実装を行うために、印刷された半田位置を画像処理によって検出することを可能にした技術例が特許文献１および特許文献２に開示されている。【０００５】
特許文献１の三次元計測装置は、計測対象物に対し複数の波長成分を含んで縞状の光強度を有する光パターンを照射する手段と、計測対象物からの反射光を各波長成分毎に分離して撮像し画像データを取得する手段と、計測対象物と光パターンとの相対位相関係を変化させる手段と、複数通りの相対位相関係下の複数の画像データに基づき計測対象物の高さを演算する手段とを備えている。これにより、演算される高さに関して計測精度を飛躍的に向上できる、とされている。なお、実施形態には、プリント基板に印刷形成されたクリーム半田を三次元計測して良否判定を行う態様が開示されている。【０００６】
また、特許文献２のスクリーン印刷機は、半田が転写された基板上の検査対象領域を垂直上方から撮像するモノクロ撮像手段と、検査対象領域を垂直上方から照明する第１照明手段と、検査対象領域を斜め上方から照明する第２照明手段と、第１照明手段によってランドが映し出された第１画像を得るとともに第２照明手段によってランドおよび半田が映し出された第２画像を得る手段と、第２画像から第１画像を差し引いて半田が映し出された画像を得る手段とを備えている。これにより、安価なモノクロカメラを用いて、半田のみが映し出された画像を得られる、とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１０７１２５号公報
【特許文献２】特開２０１２−１２４３９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、特許文献１の三次元計測装置は、相対位相関係を変化させる手段によってカメラと計測対象物との距離を可変に制御する必要があり、構成が複雑で非常に高価となっている。このため、一般的な部品実装機に装備される距離固定式のモノクロの安価な基板カメラでは、特許文献１の技術を用いることはできなかった。補足すると、モノクロカメラであっても、予め画像処理向けに用意されたフィデューシャルマークであれば鮮明で安定した画像データが得られるので、三次元画像処理を行わなくとも位置を精度よく検出できた。しかしながら、クリーム状半田は画像処理向けに印刷されているわけではないので、モノクロカメラによって鮮明で安定した画像データを得るのが難しく、画像処理によって半田位置を精度よく検出することが難しい。【０００９】
また、特許文献２の技術は、安価なモノクロカメラを用いるので、一般的な部品実装機へ適用できる点は好ましい。しかしながら、照明の方向の違いだけでランドおよび半田を判別することは現実には極めて難しい。実際には、部品実装機の基板カメラで、オペレータは照明の方向を含む各種撮像条件の変更を繰り返し、半田位置を正確に検出できる画像データを苦労して探している。そもそも、クリーム状半田を他と区別しつつ鮮明で安定した画像データを得られる好適な撮像条件が存在しなかったりする。【００１０】
さらに、基板には通常、後のメンテナンス用として部品略号などを表す印字や基板識別用のバーコードなどのシルク印刷が施されている。これらのシルク印刷は、基板の素地色と対照的な輝度値の高い色で印刷され、輝度値がランドおよび半田に近似する場合も多い。このため、特許文献２の技術では、シルク印刷をランドや半田と混同してしまうおそれを解消できない。そこで、部品実装機でＴＯＰ実装を行うために、モノクロカメラを用いて半田位置を精度よく検出できる技術が必要になる。【００１１】
なお、基板の生産作業において、画像処理による位置検出の検出対象物はペースト状半田に限定されず、使用するカメラもモノクロカメラに限定されない。すなわち、検出対象物として、ペースト状半田以外にも装着された部品、シルク印刷された文字やバーコードなどの符号類、ならびにフィデューシャルマークを始めとする各種マーカ類、などを考えることができる。また、カラーカメラを使用して、画像処理の元になる原画像データを取得してもよい。【００１２】
本発明は、上記背景技術の問題点に鑑みてなされたものであり、簡易な装置構成を用いつつ画像処理により基板上の検出対象物の配設位置を精度よく検出する基板の生産作業方法、そのときの基板の撮像条件決定方法、および基板上の検出対象物の配設位置を精度よく検出する基板の生産作業装置を提供することを解決すべき課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決する請求項１に係る基板の生産作業方法の発明は、基板に設けられた検出対象物の配設位置を検出する位置検出工程と、検出した配設位置に基づいて前記基板に所定の生産作業を実施する作業実施工程と、を備える基板の生産作業方法であって、前記位置検出工程は、前記基板を複数の撮像条件で撮像して、二次元座標上に配置された各画素の輝度値を含む複数の原画像データを取得する画像取得ステップと、前記複数の原画像データの２つを演算対象とし、同じ座標値の画素の輝度値の差分を演算して、前記各画素の輝度差分値からなる差分画像データを取得する差分演算ステップと、前記差分画像データに基づいて前記配設位置を決定する位置決定ステップと、を有する。【００１４】
これによれば、基板を複数の撮像条件で撮像して取得した複数の原画像データの輝度値の差分を演算して差分画像データとする。ここで、撮像条件を変更したときの各画素の輝度値は一律に変化せず、換言すれば、輝度差分値（輝度値の差分）は各画素の視野中の物体に依存して変化する。例えば、検出対象物の配設位置で輝度差分値が大きく、配設位置以外の他位置で輝度差分値が小さくなる第１の場合がある。逆に、配設位置で輝度差分値が小さく、他位置で輝度差分値が大きくなる第２の場合がある。さらには、配設位置でも他位置でも、輝度差分値が同程度になる第３の場合もある。したがって、第１の場合または第２の場合が顕著に発生する好適な複数の撮像条件を設定することで、差分画像データの輝度差分値の大小の差異に基づいて、基板上の検出対象物の配設位置を決定することができる。【００１５】
具体的な複数の撮像条件は、既に生産実績が有りかつ基板素地色や検出対象物の材質などが類似した先行基板で好適であった撮像条件を参考にして適宜決定することができ、また、請求項１１に開示した基板の撮像条件決定方法により決定することもできる。これにより、検出対象物と同程度の輝度値を有する別の物体が仮に他位置に存在して、個々の原画像データで検出対象物と別の物体とを判別できない場合であっても、差分画像データに基づいて基板上の検出対象物の配設位置を精度よく検出できる。なぜなら、差分画像データ上で前述した第１の場合または第２の場合が顕著に発生し、検出対象物の配設位置での輝度差分値と別の物体の他位置の輝度差分値とが大きく異なるからである。【００１６】
さらに、簡易で安価なモノクロカメラを使用しても、検出対象物の配設位置を検出できる。したがって、部品実装機でＴＯＰ実装を行う用途に好適であり、部品実装機の装置構成を従来から大きく改変する必要がない。【００１７】
請求項１１に係る基板の撮像条件決定方法の発明は、基板に設けられた検出対象物を撮像する複数の撮像条件を予め決定しておく撮像条件決定工程と、前記基板を前記複数の撮像条件で撮像して取得した複数の原画像データに基づいて前記検出対象物の配設位置を検出する位置検出工程と、検出した配設位置に基づいて前記基板に所定の生産作業を実施する作業実施工程と、を備え、前記撮像条件決定工程における基板の撮像条件決定方法であって、前記検出対象物が設けられかつ前記配設位置が既知の見本基板を多様な撮像条件で撮像して、二次元座標上に配置された各画素の輝度値を含む多様な試行画像データを取得する試行画像取得ステップと、前記多様な試行画像データの２つを組み合わせた多数の組合せを演算対象とし、各前記組合せで同じ座標値の画素の輝度値の差分または差分の絶対値を演算して、前記各画素の輝度差分値からなる多数の試行差分画像データを取得する試行差分演算ステップと、前記既知の配設位置に基づいて前記多数の試行差分画像データのそれぞれの適否を判定し、適正と判定した試行差分画像データの元になった２つの試行画像データの撮像条件を前記位置検出工程における複数の撮像条件に決定する試行判定ステップと、を有する。【００１８】
これによれば、撮像条件決定工程で、見本基板を多様な撮像条件で撮像して取得した多様な試行画像データの２つを組み合わせた多数の組合せについて、それぞれ試行差分画像データを演算により取得して適否を判定し、適正と判定した試行差分画像データから複数の撮像条件を決定する。したがって、経験や勘だけに頼るのでなく、考えられる撮像条件を網羅した全組合せについて画像処理を試行して適正な組合せを選択するので、好適な複数の撮像条件を確実に決定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】第１実施形態の基板の生産作業方法に用いる部品実装機の全体構成を示した斜視図である。
【図２】基板カメラを基板とともに示す側面図であり、落射光源および傾射光源がともに赤色光にオン制御された状態を例示している。
【図３】同上の側面図であり、落射光源および傾射光源がともに青色光にオン制御された状態を例示している。
【図４】同上の側面図であり、落射光源が赤色光にオン制御され、傾射光源がオフ制御された状態を例示している。
【図５】同上の側面図であり、落射光源がオフ制御され、傾射光源が赤色光にオン制御された状態を例示している。
【図６】第１実施形態の基板の生産作業方法を説明する作業工程図である。
【図７】ランド上にペースト状半田が印刷された基板を第１撮像条件で撮像したときの第１原画像データを例示した図である。
【図８】図７と同じ基板を第２撮像条件で撮像したときの第２原画像データを例示した図である。
【図９】図７の第１原画像データから図８の第２原画像データを差し引いて取得した、各画素の輝度差分値からなる差分画像データを例示した図である。
【図１０】第１実施形態の部品装着実施工程で、基板のペースト状半田の上に部品を装着した状態を模式的に示す平面図である。
【図１１】図１０の部品装着実施工程の後に、リフロー炉で基板上のペースト状半田を再溶融させた状態を模式的に示す平面図である。
【図１２】ＴＯＰ実装を行わない従来技術で、基板上に部品を装着した状態を模式的に示す平面図である。
【図１３】第２実施形態の基板の生産作業方法を説明する作業工程図である。
【図１４】第３実施形態の基板の生産作業方法を説明する作業工程図である。
【図１５】第３実施形態において、試行画像取得ステップで取得した多様な試行画像データのうちの６個について一部分を例示した図である。
【図１６】第３実施形態において、試行差分演算ステップで取得した試行差分画像データを例示した図である。
【図１７】第３実施形態で、１個の試行差分画像データに対する試行判定ステップの実施内容を示す処理フローの図である。
【図１８】第３実施形態の試行判定ステップで用いる試行差分画像データ上の半田位置、中立位置、および他位置を例示説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
本発明の第１実施形態の基板の生産作業方法について、図１〜図１１を参考にして説明する。まず、第１実施形態の基板の生産作業方法に用いる部品実装機１の全体構成について、図１を参考にして説明する。部品実装機１は、基板搬送装置２、部品供給装置３、部品移載装置４、および部品カメラ５が機台９に組み付けられて構成されている。各装置２〜５は、図略の制御コンピュータから制御され、それぞれが所定の生産作業を行うようになっている。
【００２１】
基板搬送装置２は、基板Ｋを装着実施位置に搬入し位置決めし搬出する。基板搬送装置２は、第１および第２ガイドレール２１、２２、一対のコンベアベルト、およびクランプ装置などで構成されている。第１および第２ガイドレール２１、２２は、機台９の上部中央を横断して搬送方向（Ｘ軸方向）に延在し、かつ互いに平行するように機台９に組み付けられている。第１および第２ガイドレール２１、２２の内側に、互いに平行に配置された一対のコンベアベルト（図略）が並設されている。コンベアベルトは、コンベア搬送面に基板Ｋを戴置した状態で輪転して、基板Ｋを機台９の中央部に設定された装着実施位置に搬入および搬出する。
【００２２】
装着実施位置のコンベアベルトの下方には、クランプ装置（図略）が設けられている。クランプ装置は、基板Ｋを押し上げて水平姿勢でクランプし、装着実施位置に位置決めする。これにより、部品移載装置４が装着実施位置で部品装着動作を行えるようになる。
【００２３】
部品供給装置３は、複数の部品種の部品を供給する。部品供給装置３は、フィーダ方式の装置であり、部品実装機１の長手方向の前部（図１の左前側）に設けられている。部品供給装置３は、着脱可能な多数のカセット式フィーダ３１を有している。カセット式フィーダ３１は、本体３２と、本体３２の後部に設けられた供給リール３３と、本体３２の先端に設けられた部品取出部３４とを備えている。供給リール３３には多数の部品が所定ピッチで収納された細長いテープ（図略）が巻回保持され、このテープがスプロケット（図略）により所定ピッチで引き出され、部品が収納状態を解除されて部品取出部３４に順次送り込まれるようになっている。
【００２４】
部品移載装置４は、部品供給装置３の部品取出部３４から部品を吸着採取し、位置決めされた基板Ｋまで搬送して装着する。部品移載装置４は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に水平移動可能なＸＹロボットタイプの装置である。部品移載装置４は、一対のＹ軸レール４１、４２、Ｙ軸スライダ４３、Ｘ軸スライダ４６、装着ヘッド４４、吸着ノズル４５、および基板カメラ６などで構成されている。
【００２５】
一対のＹ軸レール４１、４２は、機台９の長手方向の後部（図１の右奥側）から前部の部品供給装置３の上方にかけて配設されている。Ｙ軸レール４１、４２上に、Ｙ軸スライダ４３がＹ軸方向に移動可能に装架されている。Ｙ軸スライダ４３には、Ｘ軸スライダ４６がＸ軸方向に移動可能に装架されている。Ｘ軸スライダ４６の前側に、装着ヘッド４４が固設されている。装着ヘッド４４は、その下側に吸着ノズル４５を交換可能に保持している。装着ヘッド４４は、２つのサーボモータによって水平２方向（ＸＹ方向）に駆動される。２つのサーボモータ、Ｙ軸レール４１、４２、Ｙ軸スライダ４３、およびＸ軸スライダ４６などにより、ヘッド駆動部が構成される。また、Ｘ軸スライダ４６の底面には、基板Ｋを撮像する基板カメラ６が下向きに設けられている（詳細後述）。
【００２６】
部品カメラ５は、基板搬送装置２と部品供給装置３との間の機台９の上面に、上向きに設けられている。部品カメラ５は、各ヘッド４５〜４７が部品供給装置３から基板Ｋ上に移動する途中で吸着採取されている部品の状態を撮像して検出するものである。部品カメラ５が部品の吸着位置の誤差や回転角のずれなどを検出すると、必要に応じて部品装着動作が微調整され、装着が困難な部品は廃棄される。
【００２７】
図２〜図５は、基板カメラ６を基板Ｋとともに示す側面図である。基板カメラ６は、位置決めされた基板Ｋの上方に位置制御される。基板カメラ６は、検出対象物であるペースト状半田Ｐが印刷された基板Ｋを上方から撮像する。基板カメラ６は、上下方向に延びる中心軸線を共有する撮像部６１、落射光源６２、および傾射光源６３などで構成されている。撮像部６１は、二次元配置された多数のモノクロの撮像素子（画素）を有して撮像動作を行い、各画素の濃淡の輝度値を含む原画像データを取得する。輝度値は、例えば、８ビットで表される０〜２５５ディジット（階調）のディジタル値で表現することができ、数値が大きいほど明るい高輝度（白色）、小さいほど暗い低輝度（黒色）であることを意味する。さらに、使用するビット数を増やして、ディジット数（階調数）を精細にしてもよい。また、モノクロの撮像素子に限定されず、三原色の撮像素子（画素）を有するカラーカメラを使用してもよい。撮像部６１は、撮像時の露光時間条件（シャッタースピード）が段階的に可変に制御されるようになっている。
【００２８】
落射光源６２は、中心軸線に沿い概ね真下に向かって照明光を照射する。傾射光源６３は、落射光源６２の周りに環状に配設され、概ね斜め下方の中心軸線に近づく方向に向かって照明光を照射する。落射光源６２および傾射光源６３は、撮像時の光源色条件として赤色光および青色光が切替え制御されるようになっている。また、落射光源６２および傾射光源６３は、撮像時の照射方向条件を変更できるように、個別にオン／オフ制御されるようになっている。
【００２９】
部品実装機１は、図略の制御コンピュータを備えている。制御コンピュータは、生産する基板の種類と装着する部品の部品種との対応関係や、部品を装着する基板Ｋ上の装着ポイントの座標値などの設計情報を保持している。制御コンピュータは、基板カメラ６や部品カメラ５が撮像した画像データ、および図略のセンサの検出情報などに基づいて、部品装着動作を制御する。
【００３０】
制御コンピュータは、基板カメラ６の撮像条件を制御する。具体的に、制御コンピュータが撮像部６１の露光時間条件を段階的に制御すると、露光時間の長短に応じて得られる原画像データの明暗が変化する。また、制御コンピュータは、落射光源６２および傾射光源６３の光源色を切替え制御し、落射光源６２および傾射光源６３を個別にオン／オフ制御する。制御コンピュータは、基板カメラ６が複数の撮像条件で撮像動作して取得した複数の原画像データを受け取る。制御コンピュータは、ＴＯＰ（Target On Paste）実装を行うために、第１実施形態の基板の生産作業方法の実行を制御する。
【００３１】
図２は、落射光源６２および傾射光源６３がともに赤色光（図中の実線矢印）にオン制御された状態を例示している。図３は、落射光源６２および傾射光源６３がともに青色光（図中の破線矢印）にオン制御された状態を例示している。また、図４は、落射光源６２が赤色光（図中の実線矢印）にオン制御され、傾射光源６３がオフ制御された状態を例示している。図５は、逆に落射光源６２がオフ制御され、傾射光源６３が赤色光（図中の実線矢印）にオン制御された状態を例示している。図４および図５の状態は、青色光に切り替えることもできる。
【００３２】
したがって、撮像時の光源色条件は、赤色光および青色光の２条件となる。また、撮像時の照射方向条件は、落射光源６２のみオン、傾射光源６３のみオン、ならびに落射光源６２および傾射光源６３のオンの３条件となる。なお、基板カメラ６の照明用の光源は、上述に限定されない。例えば、光源の赤色光、青色光、および黄色光の１つあるいは複数がオン制御されたり、３区分された各光源が個別にオン／オフ制御されたりしてもよい。さらに、光源色条件および照射方向条件の各組合せについて、撮像部６１の露光時間条件が段階的に制御され、多様な撮像条件が設定されるようになっている。
【００３３】
次に、第１実施形態の基板の生産作業方法について、図６の作業工程図にしたがい説明する。第１実施形態の基板の生産作業方法は、撮像条件設定ステップＳ１０、半田位置検出工程Ｓ２、および部品装着実施工程Ｓ３からなる。半田位置検出工程Ｓ２は、基板Ｋに印刷されたペースト状半田Ｐを検出対象物とし、ペースト状半田Ｐが存在する半田位置を検出すべき配設位置としている。半田位置検出工程Ｓ２は、実施順に第１画像取得ステップＳ２１、第２画像取得ステップＳ２２、差分演算ステップＳ２３、および位置決定ステップＳ２４を有する。
【００３４】
図６の作業工程図の撮像条件設定ステップＳ１０で、オペレータは、基板カメラ６で基板Ｋを撮像するときの第１撮像条件および第２撮像条件を制御コンピュータに設定する。第１および第２撮像条件は、ペースト状半田Ｐが印刷された半田位置とそれ以外の他位置とを判別するために設定する。したがって、それぞれの撮像条件で取得される第１原画像データと第２原画像データとを比較したときに、半田位置と他位置とで輝度の変化量が大きく異なる撮像条件であることが好ましい。換言すると、半田位置での輝度変化量が大きくかつ他位置での輝度変化量が小さいか、あるいは逆に、半田位置での輝度変化量が小さくかつ他位置での輝度変化量が大きいことが好ましい。
【００３５】
しかしながら、半田位置と他位置とで輝度の変化量が大きく異なるか否かは、基板素地色やペースト状半田Ｐの品番および温度状態などに依存するので、良好な第１撮像条件および第２撮像条件のセットを単純に決定することはできない。このため、オペレータは、既に生産実績が有りかつ基板素地色やペースト状半田Ｐの品番などが類似した先行基板で好適であった撮像条件を参考にして、第１撮像条件および第２撮像条件のセットを適宜決定する。あるいは、オペレータは、後述する第３実施形態の撮像条件決定工程Ｓ１を実施して、第１撮像条件および第２撮像条件のセットを決定する。
【００３６】
次に、オペレータは、半田位置検出工程Ｓ２および部品装着実施工程Ｓ３を実施するように制御コンピュータに指令する。すると以降は、制御コンピュータが自動で各工程Ｓ２（Ｓ２１〜Ｓ２４）、Ｓ３を実施する。半田位置検出工程Ｓ２の第１画像取得ステップＳ２１で、制御コンピュータは、基板カメラ６を第１撮像条件に制御して撮像動作を行わせ、第１原画像データＢｄ１を取得する。次に、第２画像取得ステップＳ２２で、制御コンピュータは、基板カメラ６を第２撮像条件に制御して撮像動作を行わせ、第２原画像データＢｄ２を取得する。
【００３７】
次に、差分演算ステップＳ２３で、制御コンピュータは、第１原画像データＢｄ１および第２原画像データＢｄ２を演算対象とし、同じ座標値の画素の輝度値の差分を演算して、各画素の輝度差分値からなる差分画像データＤｄを取得する。このとき、相対的に輝度値が高い(明るい)原画像データから相対的に輝度値が低い（暗い）原画像データを減算して、輝度差分値を正値にする。それでも、一部の画素で輝度差分値が負値になった場合には、当該画素の輝度差分値をゼロと見做す。輝度差分値を負値にしないのは、差分画像データＤｄを表示する際にエラーを発生させないため、ならびに、演算処理の場合分けを不要にするためである。
【００３８】
次に、位置決定ステップＳ２４で、制御コンピュータは、差分画像データＤｄに基づいてペースト状半田Ｐが存在する半田位置を決定する。このとき、差分画像データＤｄ上の半田位置と他位置とで輝度差分値が大きく異なっているので、容易に半田位置を決定できる。具体的には、差分画像データＤｄ上で座標値の変化に応じて各画素の輝度差分値が変化する変化量または変化率に基づいて、あるいは、差分画像データＤｄの各画素の輝度差分値と所定閾値との大小関係に基づいて、半田位置を決定できる。
【００３９】
例えば、半田位置の輝度差分値１００で他位置の輝度差分値４０のとき、座標値の変化に応じて各画素の輝度差分値が１００から４０まで減少する途中で、変化量または変化率に基づいて半田位置の領域境界線を決定できる。あるいは、半田位置の輝度差分値１００と他位置の輝度差分値４０との間、例えば輝度差分値７０を所定閾値に設定し、輝度差分値が７０以上の画素からなる領域を半田位置に決定できる。なお、半田位置検出工程Ｓ２における半田位置の決定は、基板Ｋ上の離れた数ヶ所で実施することが好ましい。
【００４０】
次に、制御コンピュータは、部品装着実施工程Ｓ３の最初に、部品の装着ポイントの座標値を補正する。この補正は、制御コンピュータが予め保持している装着ポイントの座標値の設計情報に対して、半田位置検出工程Ｓ２で検出された実際の半田位置が偏移している場合に実施する。制御コンピュータは、実際の半田位置の偏移量を補償して、半田位置の中央に部品を装着できるように補正する。
【００４１】
ここで、部品実装機１の上流側の半田印刷機におけるペースト状半田Ｐの印刷がずれるとき、平行移動によってずれる場合が多い。この場合、半田位置検出工程Ｓ２を実施した基板Ｋ上の数ヶ所で半田位置の偏移量は同程度となる。したがって、全ての部品の装着ポイントの座標値を一律に補正できる。また、ペースト状半田Ｐの印刷のずれが回転移動を伴う場合には、半田位置検出工程Ｓ２を実施した基板Ｋ上の数ヶ所で半田位置の偏移量が異なってくる。この場合には、演算により印刷のずれの回転中心および回転角度を求めて部品ごとに異なる補正を行う。あるいは、実測した数ヶ所の偏移量に基づいて、部品ごとに装着ポイントの座標値を補間補正する。その後に、制御コンピュータはＴＯＰ実装を行い、換言すれば、補正後の装着ポイントの座標値に基づいてペースト状半田Ｐの概ね中央に部品を装着する。
【００４２】
次に、上述した第１実施形態の基板の生産作業方法の作用について例示説明する。図７は、ランドＬ１上にペースト状半田Ｐ１が印刷された基板Ｋ１を第１撮像条件で撮像したときの第１原画像データＢｄ１を例示した図である。図８は、図７と同じ基板Ｋ１を第２撮像条件で撮像したときの第２原画像データＢｄ２を例示した図である。また、図９は、図７の第１原画像データＢｄ１から図８の第２原画像データＢｄ２差し引いて取得した、各画素の輝度差分値からなる差分画像データＤｄを例示した図である。
【００４３】
基板Ｋ１は、素地色が濃い灰色であって、回路パターンが形成されている。回路パターンの一部はランドＬ１になっており、ランドＬ１上にペースト状半田Ｐ１が印刷されている。基板Ｋ１を撮像する第１撮像条件は、基板カメラ６の露光時間条件４０ｍｓであり、光源色条件および照射方向条件は、落射光源６２がオフ制御され、傾射光源６３が青色光にオン制御されている。図７の第１撮像条件の第１原画像データＢｄ１で、画像の上部のやや右寄りに符号を付したランドＬ１は、実際には概ね正方形状である。また、ランドＬ１の略中央に印刷されたペースト状半田Ｐ１は、実際には概ね円形状である。第１原画像データＢｄ１で、ランドＬ１およびペースト状半田Ｐ１は、ともに基板Ｋの素地よりも輝度値が高く、明るく見えている。ランドＬ１では、輝度値にムラが生じており、一部分で輝度値が高くなってペースト状半田Ｐ１の輝度値に接近している。このため、第１原画像データＢｄ１では、ランドＬ１とペースト状半田Ｐ１とを正確に判別できない。
【００４４】
また、第２撮像条件は、基板カメラ６の露光時間条件３５ｍｓであり、光源色条件および照射方向条件は、落射光源６２が赤色光にオン制御され、傾射光源６３がオフ制御されている。図８の第２撮像条件の第２原画像データＢｄ２で、第１原画像データＢｄ１と同じ位置のランドＬ１およびペースト状半田Ｐ１は、ともに基板Ｋの素地よりも輝度値が低く、暗く見えている。そして、ランドＬ１の輝度値に若干ムラが生じるとともに、ランドＬ１の一部の輝度値はペースト状半田Ｐ１の輝度値に接近している。このため、第２原画像データＢｄ２でも、ランドＬ１とペースト状半田Ｐ１とを正確に判別できない。
【００４５】
これに対して、図９の差分画像データＤｄでは様相が異なっている。すなわち、第１および第２原画像データＢｄ１、Ｂｄ２と同じ位置のランドＬ１は、基板Ｋの素地よりも輝度差分値が低く暗く見えており、輝度差分値のムラはわずかになっている。そして、ランドＬ１の略中央のペースト状半田Ｐ１の輝度差分値は、周囲のランドＬ１の輝度差分値よりも明瞭に高くなっている。したがって、差分画像データＤｄに基づくことで、ランドＬ１に印刷されたペースト状半田Ｐ１の半田位置を精度よく検出できる。
【００４６】
次に、第１実施形態の基板の生産作業方法の効果について、ＴＯＰ実装を行わない従来技術と比較して模式的に説明する。図１０は、第１実施形態の部品装着実施工程Ｓ３で、基板Ｋ２のペースト状半田Ｐ２の上に部品を装着した状態を模式的に示す平面図である。図１１は、図１０の部品装着実施工程Ｓ３の後に、リフロー炉で基板上のペースト状半田Ｐ２を再溶融させた状態を模式的に示す平面図である。また、図１２は、ＴＯＰ実装を行わない従来技術で、基板Ｋ２上に部品を装着した状態を模式的に示す平面図である。なお、図１０〜図１２で、ペースト状半田Ｐ２および再溶融した半田を便宜的に黒塗りで示している。
【００４７】
図１０および図１２に例示されるように、基板Ｋ２は矩形で、各コーナー付近にフィデューシャルマークＦが設けられている。基板Ｋ２の回路パターンの一部に、合計１２個のランドＬ２が形成されている。各ランドＬ２にはペースト状半田Ｐ２が印刷され、６個の部品Ｂの両側の合計１２個のリードＬｅａｄがそれぞれ装着される。制御コンピュータは、１２個のランドＬ２の中央に設定された装着ポイントの座標値を設計情報として保持している。ここで、ランドＬ２に対してペースト状半田Ｐ２の印刷がずれる場合がある。図１０および図１２の例では、１２個のランドＬ２に対してペースト状半田Ｐ２の半田位置がそれぞれ平行移動で図中の右方に偏移している。
【００４８】
第１実施形態では、実際の半田位置を検出するので、ランドＬ２に対する半田位置の偏移量を求めることができる。さらに、装着ポイントの座標値を偏移量だけ補正することができる。したがって、ＴＯＰ実装を行うことにより、図１０に示されるように、ランドＬ２の中央でなく半田位置の中央に部品ＢのリードＬｅａｄを装着できる。これにより、リフロー炉でセルフアライメント効果が得られる。つまり、図１１に示されるように、半田位置の中央に装着された部品Ｂは、再融解した半田がランドＬ２の中央に向かって流動するのに伴い、ランドＬ２の中央付近へ自動的に位置補正される。
【００４９】
これに対して、図１１の従来技術では、設計情報である装着ポイントの座標値に基づいて、ランドＬ２の中央に部品ＢのリードＬｅａｄを装着する。ところが、実際の装着ポイントは、ランドＬ２の中央であっても半田位置の中央から偏移した端寄りになる。すると、リフロー炉で再融解した半田がランドＬ２の中央へ流動する際に、部品ＢをランドＬ２の中央から押し出してしまったり、転倒させてしまったりする弊害が生じる。第１実施形態では、この弊害が生じない。
【００５０】
なお、第１実施形態で、２つよりも多数の原画像データを取得して、複数の差分画像データを演算するようにしてもよい。複数の差分画像データは、例えば、特定の第１差分画像データを常用とし、第２以降の差分画像データを予備とし、第１差分画像データで半田位置を検出できなかった場合だけ第２以降の差分画像データを使用するようにできる。また例えば、複数の差分画像データを常用とし、それぞれで検出した半田位置を比較照合して検出信頼性を高めるようにしてもよい。
【００５１】
第１実施形態の基板の生産作業方法は、基板Ｋ１、Ｋ２に設けられた検出対象物（ペースト状半田Ｐ１、Ｐ２）の配設位置（半田位置）を検出する位置検出工程（半田位置検出工程Ｓ２）と、検出した配設位置に基づいて基板Ｋ１、Ｋ２に所定の生産作業(部品Ｂの装着作業)を実施する作業実施工程（部品装着実施工程Ｓ３）と、を備える基板の生産作業方法であって、位置検出工程は、基板Ｋ１、Ｋ２を複数の撮像条件で撮像して、二次元座標上に配置された各画素の輝度値を含む複数の原画像データＢｄ１、Ｂｄ２を取得する画像取得ステップＳ２１、Ｓ２２と、複数の原画像データＢｄ１、Ｂｄ２の２つを演算対象とし、同じ座標値の画素の輝度値の差分を演算して、各画素の輝度差分値からなる差分画像データＤｄを取得する差分演算ステップＳ２３と、差分画像データＤｄに基づいて配設位置を決定する位置決定ステップＳ２４と、を有する。
【００５２】
これによれば、基板Ｋ１、Ｋ２を複数の撮像条件で撮像して取得した複数の原画像データＢｄ１、Ｂｄ２の輝度値の差分を演算して差分画像データＤｄとする。ここで、撮像条件を変更したときの各画素の輝度値は一律に変化せず、換言すれば、輝度差（輝度値の差分）は各画素の視野中の物体に依存して変化する。したがって、それぞれの撮像条件で取得される第１原画像データＢｄ１と第２原画像データＢｄ２とを比較したときに、配設位置（半田位置）と他位置とで輝度の変化量が大きく異なる２つの撮像条件のセットを設定することができる。これにより、検出対象物と同程度の輝度値を有する別の物体が仮に他位置に存在して、個々の原画像データＢｄ１、Ｂｄ２で検出対象物と別の物体とを判別できない場合であっても、差分画像データＤｄに基づいて基板上の検出対象物（ペースト状半田Ｐ１、Ｐ２）の配設位置（半田位置）を精度よく検出できる。そして、検出した配設位置（半田位置）に基づいてＴＯＰ実装を行うことができる。
【００５３】
さらに、第１実施形態で、画像取得ステップＳ２１、Ｓ２２における複数の撮像条件は、基板を撮像するカメラ(撮像部６１)の露光時間条件、撮像時に基板に照明光を照射する光源（落射光源６２および傾射光源６３）の光源色条件、および照明光の照射方向条件のうち少なくとも一条件を変更したものである。
【００５４】
これによれば、配設位置（半田位置）の検出に好適な２つの撮像条件のセットを多様な撮像条件の組合せの中から自由に選択できるので、差分画像データＤｄ上での配設位置（半田位置）の検出が容易になり、検出精度も向上する。
【００５５】
さらに、第１実施形態で、位置検出工程は、基板Ｋ１、Ｋ２に印刷されたペースト状半田Ｐを検出対象物とし、ペースト状半田Ｐが存在する半田位置を配設位置とする半田位置検出工程Ｓ２であり、作業実施工程は、検出した半田位置に基づいて基板Ｋ１、Ｋ２のペースト状半田Ｐの上に部品を装着する部品装着実施工程Ｓ３である。
【００５６】
これによれば、簡易で安価なモノクロの基板カメラ６を使用しても、半田位置を検出できる。したがって、部品実装機１でＴＯＰ実装を行う用途に好適であり、部品実装機１の装置構成を従来から大きく改変する必要がない。
【００５７】
次に、第２実施形態の基板の生産作業方法について、図１３の作業工程図を参考にして、第１実施形態と異なる点を主に説明する。第２実施形態で、使用する部品実装機１は第１実施形態と同一である。第２実施形態の基板の生産作業方法は、第１実施形態と比較して、半田位置検出工程Ｓ２Ａ内にステップＳ２５〜Ｓ２９が追加されている。
【００５８】
図１３の作業工程図の撮像条件設定ステップＳ１０で、オペレータは、基板カメラ６で基板Ｋを撮像するときの第１撮像条件および第２撮像条件のセットを制御コンピュータに設定する。次に、オペレータが半田位置検出工程Ｓ２Ａ以降および部品装着実施工程Ｓ３を実施する旨の指令を発すると、以降は制御コンピュータが自動で各工程Ｓ２Ａ（Ｓ２１〜Ｓ２９）、Ｓ３を実施する。半田位置検出工程Ｓ２Ａの第１および第２画像取得ステップＳ２１、Ｓ２２で、制御コンピュータは、基板カメラ６を第１および第２撮像条件に制御して撮像動作を行わせ、第１および第２原画像データＢｄ１、Ｂｄ２を取得する。
【００５９】
次に、第１および第２平滑化ステップＳ２５、Ｓ２６で、制御コンピュータは、第１および第２原画像データＢｄ１、Ｂｄ２を平滑化補正処理する。平滑化補正処理では、第１および第２原画像データＢｄ１、Ｂｄ２上の座標値の変化に応じて、各画素の輝度値が滑らかに変化するように補正できる。これにより、測定のばらつきの影響などを低減して、鮮明で安定した原画像データＢｄ１、Ｂｄ２を得ることができる。
【００６０】
平滑化補正処理の具体的な手法として、二次元座標上での移動平均フィルター処理やガウシアンフィルター処理を例示でき、これらに限定されない。移動平均フィルター処理では、演算対象画素の周りに平均化領域を設定し、平均化領域内の画素の輝度値の平均値を求めて演算対象画素の補正後の輝度値とし、この処理を全画素に対して実施する。さらに、ガウシアンフィルター処理では、平均化領域内の画素の輝度値の平均値として、ガウス分布（正規分布）にしたがった重み付き平均値を求める。
【００６１】
次に、差分演算ステップＳ２３で、制御コンピュータは、平滑化補正処理後の第１原画像データＢｄ１および第２原画像データＢｄ２を演算対象とし、同じ座標値の画素の輝度値の差分を演算して、各画素の輝度差分値からなる差分画像データＤｄを取得する。ここで、差分演算ステップＳ２３は、各画素の輝度差分値が負値になった場合に符号を反転して正値にする絶対値演算ステップＳ２７を含んでいる。輝度差分値の負値の符号を反転するのは、差分画像データＤｄを表示する際にエラーを発生させないため、ならびに、演算処理の場合分けを不要にするためである。なお、第１および第２原画像データＢｄ１、Ｂｄ２が予め平滑化補正処理されているので、差分画像データＤｄの輝度差分値も座標値の変化に応じて滑らかに変化する。
【００６２】
次に、ステップＳ２８で、制御コンピュータは、差分画像データＤｄの反転の要否を判定する。すなわち、差分画像データＤｄの配設位置（半田位置）に含まれる画素の輝度差分値が配設位置以外の他位置に含まれる画素の輝度差分値よりも小さい場合に限り、反転演算ステップＳ２９に進む。反転演算ステップＳ２９で、制御コンピュータは、差分画像データＤｄの二次元座標上に配置された各画素の輝度差分値の大小関係を反転する。例えば、輝度差分値０、１、２、…、１２６、１２７と、輝度差分値２５５、２５４、２５３、…、１２９、１２８とを入れ替える。これにより、差分画像データＤｄの濃淡が反転され、黒色と白色とが入れ替わる。
【００６３】
反転演算ステップＳ２９は、半田位置で輝度差分値が大きく他位置で輝度差分値が大きい第１の場合には実施せず、半田位置で輝度差分値が小さく他位置で輝度差分値が大きい第２の場合に実施する。したがって、第１および第２の両方の場合で、半田位置の輝度差分値が他位置よりも大きくなるように統一される。これにより、差分画像データＤｄを表示したとき常に半田位置が他位置よりも明るく(白く)見えて、オペレータの目視性が簡明になる。また、第１および第２の両方の場合で、以降の演算処理を共通化および単純化できる。
【００６４】
反転演算ステップＳ２９の実施後は位置決定ステップＳ２４に進み、ステップＳ２８で反転を不要と判定した場合も位置決定ステップＳ２４に合流する。位置決定ステップＳ２４で、制御コンピュータは、差分画像データＤｄに基づいてペースト状半田Ｐが存在する半田位置を決定する。このとき、差分画像データＤｄ上の半田位置と他位置とで輝度差分値が大きく異なっており、かつ差分画像データＤｄの輝度差分値が座標値の変化に応じて滑らかに変化するので、容易に半田位置を決定できる。次に、制御コンピュータは、部品装着実施工程Ｓ３の最初に部品の装着ポイントの座標値を補正して、その後にＴＯＰ実装を行う。
【００６５】
第２実施形態の基板の生産作業方法で、差分演算ステップＳ２３は、各画素の輝度差分値が負値になった場合に符号を反転して正値にする絶対値演算ステップＳ２７を含み、位置決定ステップＳ２４では、差分画像データＤｄ上で座標値の変化に応じて各画素の輝度差分値が変化する変化量または変化率に基づいて、あるいは、差分画像データＤｄの各画素の輝度差分値と所定閾値との大小関係に基づいて、配設位置（半田位置）と、配設位置以外の他位置とを判別する。
【００６６】
これによれば、輝度差分値が負値になった場合に符号を反転して正値にするので、以降の演算処理を場合分けする必要がなくなる。また、差分画像データＤｄ上で座標値の変化に応じて輝度差分値が変化する変化量または変化率に着目し、あるいは、輝度差分値を所定閾値と比較することで、確実に配設位置（半田位置）を検出できる。
【００６７】
さらに、第２実施形態では、座標値の変化に応じて各画素の輝度値が滑らかに変化するように原画像データＢｄ１、Ｂｄ２を平滑化補正処理する平滑化ステップＳ２５、Ｓ２６を画像取得ステップＳ２１、Ｓ２２の次に有している。
【００６８】
これによれば、原画像データが平滑化補正処理されているので、差分画像データＤｄの輝度差分値も座標値の変化に応じて滑らかに変化する。したがって、差分画像データＤｄ上で、より一層確実に配設位置（半田位置）を検出できる。
【００６９】
さらに、第２実施形態では、差分画像データＤｄの配設位置に含まれる画素の輝度差分値が配設位置以外の他位置に含まれる画素の輝度差分値よりも小さい場合に限り、二次元座標上に配置された各画素の輝度差分値の大小関係を反転する反転演算ステップＳ２９を差分演算ステップＳ２３の次に有している。
【００７０】
これによれば、差分画像データＤｄの半田位置と他位置とで輝度差分値に違いがあれば、元々の大小関係に係わりなく、半田位置の輝度差分値を他位置よりも大きくして、明るく(白く)表示できる。したがって、オペレータによる差分画像データの目視性が簡明になる。また、元々の大小関係に係わりなく、以降の演算処理を共通化および単純化できる。
【００７１】
次に、第３実施形態の基板の生産作業方法について、図１４の作業工程図を参考にして、第１および第２実施形態と異なる点を主に説明する。第３実施形態で、使用する部品実装機１は第１および第２実施形態と同一である。第３実施形態の基板の生産作業方法は、撮像条件決定工程Ｓ１、半田位置検出工程Ｓ２Ｂ、および部品装着実施工程Ｓ３Ｂを備える。第３実施形態の半田位置検出工程Ｓ２Ｂおよび部品装着実施工程Ｓ３Ｂは、第２実施形態と同じであるが、これに限定されず第２実施形態と異なる方法であってもよい。なお、第３実施形態は、本発明の基板の撮像条件決定方法の実施形態を兼ねている。
【００７２】
第３実施形態の撮像条件決定工程Ｓ１は、半田位置検出工程Ｓ２Ｂの画像取得ステップＳ２１、Ｓ２２における複数の撮像条件を予め決定しておく工程である。撮像条件決定工程Ｓ１は、試行画像取得ステップＳ１１、試行差分演算ステップＳ１２、および試行判定ステップＳ１３を有する。
【００７３】
図１４の作業工程図の試行画像取得ステップＳ１１で、制御コンピュータは、見本基板を多様な撮像条件で撮像して、二次元座標上に配置された各画素の輝度値を含む多様な試行画像データを取得する。見本基板は、検出対象物が設けられかつ配設位置が既知の基板であり、第３実施形態では、ペースト状半田が印刷されかつ半田位置が既知の基板が該当する。ここで、既知の半田位置の情報は、試行画像データ以外の外部から取得する必要がある。例えば、試行画像データをオペレータに表示し、マウス（位置ポインタ）などのユーザインターフェースを用いて半田位置を指定してもらうことで、半田位置を既知とすることができる。あるいは、基板カメラ６とは別の高精度なカメラを用いて半田位置を検出し、検出データを転送するようにしてもよい。
【００７４】
多様な撮像条件として、例えば、光源色の２条件、照射方向の３条件、および露光時間の５条件を考慮すると、全部で３０通りの撮像条件が考えられる。このうち、明らかに不利と考えられる以外の撮像条件について、制御コンピュータは試行画像データを取得する。図１５は、第３実施形態において、試行画像取得ステップＳ１１で取得した多様な試行画像データのうちの６個（試行画像データＳｄ１〜Ｓｄ６）について一部分を例示した図である。図示された６個の試行画像データＳｄ１〜Ｓｄ６は、撮像条件に依存して各画素の輝度値が互いに異なっている。なお、各試行画像データＳｄ１〜Ｓｄ６に対して、第２実施形態で説明した平滑化補正処理を行うようにしてもよい。
【００７５】
次に、試行差分演算ステップＳ１２で、制御コンピュータは、多様な試行画像データの２つを組み合わせた多数の組合せを演算対象とし、各組合せで同じ座標値の画素の輝度値の差分または差分の絶対値を演算して、各画素の輝度差分値からなる多数の試行差分画像データを取得する。例えば、試行画像データが３０個あるとき、これらのうちの２つの組合せは４３５通りあり、これが試行差分画像データの最大数となる。図１６は、第３実施形態において、試行差分演算ステップＳ１２で取得した試行差分画像データＳＤｄを例示した図である。図１６の試行差分画像データＳＤｄは、図１５の上段右の試行画像データＳｄ１および上段中央の試行画像データＳｄ２を演算対象とし、同じ座標値の画素の輝度値の差分の絶対値を演算して求められている。
【００７６】
次に、試行判定ステップＳ１３で、制御コンピュータは、既知の配設位置に基づいて多数の試行差分画像データのそれぞれの適否を判定し、適正と判定した試行差分画像データの元になった２つの試行画像データの撮像条件のセットを画像取得ステップにおける複数の撮像条件に決定する。つまり、制御コンピュータは、最大４３５個の試行差分画像データのそれぞれについて、半田位置を精度よく検出できるか否かの適否を判定する。例えば、図１６に例示される試行差分画像データＳＤｄで、２箇所の半田位置ＳＨを精度よく検出できるか否かの適否を判定する。図１７は、第３実施形態で、１個の試行差分画像データに対する試行判定ステップＳ１３の実施内容を示す処理フローの図である。
【００７７】
図１７の処理フローのステップＳ５１で、制御コンピュータは、前述した既知の半田位置の情報を取得する。次に、ステップＳ５２で、制御コンピュータは、試行差分画像データに基づいて半田位置を適正に検出できるか否か判定する。詳述すると、制御コンピュータは、試行差分画像データに対し第１実施形態で説明した位置決定ステップＳ２４に相当する演算処理を行って半田位置を決定し、これが既知の半田位置に概ね一致するか否か判定する。一致しない場合および半田位置を決定できなかった場合、制御コンピュータは、当該の試行差分画像データを不適正と判定して処理フローを終了する。
【００７８】
ステップＳ５２で半田位置を適正に検出できたときはステップＳ５３に進み、制御コンピュータは、以降の演算処理に用いる半田位置Ｈ、中立位置Ｎ、および他位置Ｔを設定する。中立位置Ｎは、半田位置Ｈと他位置Ｔとの境界付近での輝度値の測定誤差やばらつきの影響を低減するためのものである。制御コンピュータは、既知の半田位置または検出した半田位置の境界線の両側に所定幅の中立位置Ｎを設定する。制御コンピュータは、中立位置Ｎ内の画素の輝度差分値を以降のステップＳ５４〜Ｓ５６で使用せず、換言すれば適否の判定に使用しない。
【００７９】
図１８は、第３実施形態の試行判定ステップＳ１３で用いる試行差分画像データ上の半田位置Ｈ、中立位置Ｎ、および他位置Ｔを例示説明する図である。図１８で便宜的に、半田位置Ｈに実線ハッチングを施し、他位置Ｔに破線ハッチングを施している。図１６に例示されるように、既知の半田位置や検出した半田位置ＳＨが概ね円形であるとき、半田位置ＳＨの円形の直径Ｄ１を基準とする。そして、１０％小さな直径Ｄ２（＝Ｄ１×０．９）の円Ｃ１を外側境界とした領域を適否の判定に用いる半田位置Ｈとする。また、１０％大きな直径Ｄ３（＝Ｄ１×１．１）の円Ｃ２を内側境界とし、直径Ｄ１の２倍の長さＬ（＝２×Ｄ１）を一辺とする正方形Ｓｑを外側境界とした領域を適否の判定に用いる他位置Ｔとする。そして、円Ｃ１を内側境界とし、円Ｃ２を外側境界とした環状の領域を中立位置Ｎとする。
【００８０】
適否の判定に用いる半田位置Ｈ、中立位置Ｎ、および他位置Ｔの設定方法は、上述に限定されない。例えば、既知の半田位置または検出した半田位置が非円形であっても、境界線の両側に所定幅の中立位置Ｎを設定することができる。また、他位置Ｔの内側境界および外側境界は、半田位置Ｈの外側境界と相似形状にしてもよい。さらには、半田位置Ｈと他位置Ｔの面積比、すなわち画素数の比も可変に設定できる。例えば、回路パターンが込み入った基板では、他のランドなどの影響を低減するために他位置Ｔを過大に拡げないことが好ましい。
【００８１】
次に、ステップＳ５４で、制御コンピュータは、半田位置Ｈに含まれる複数の画素の輝度差分値の平均値と、他位置Ｔに含まれる複数の画素の輝度差分値の平均値との偏差で表される平均輝度差が所定輝度差以上となる第１条件を満たしているか否か判定する。続いて、ステップＳ５５で、制御コンピュータは、半田位置Ｈに含まれる複数の画素の輝度差分値がばらつく分布の分散値が所定分散値以下となる第２条件を満たしているか否か判定する。さらに、ステップＳ５６で、制御コンピュータは、他位置Ｔに含まれる複数の画素の輝度差分値がばらつく分布の分散値が所定分散値以下となる第３条件を満たしているか否か判定する。
【００８２】
第１条件で、半田位置Ｈと他位置Ｔとの平均輝度差が大きいほど確実に半田位置Ｈと他位置Ｔとを判別でき、平均輝度差が小さいと判別困難になる。また、第２条件および第３条件で、半田位置Ｈおよび他位置Ｔの輝度差分値の分散値が小さいほど半田位置Ｈおよび他位置Ｔが鮮明となり、分散値が大きいと判別誤りが生じ易くなる。第３実施形態で、第１〜第３条件は、半田位置を精度よく検出するための必要条件とされている。すなわち、第１〜第３条件のいずれか一条件でも満たされていない場合、制御コンピュータは、当該の試行差分画像データを不適正と判定して処理フローを終了する。第１〜第３条件の全てが満たされている場合、制御コンピュータは、当該の試行差分画像データを適正と判定してステップＳ５７に進む。
【００８３】
ステップＳ５７で、制御コンピュータは、適正と判定した試行差分画像データの元になった２つの試行画像データの撮像条件のセットを採用する。制御コンピュータは、すべての試行差分画像データに対して図１７の処理フローを実施し、その後に図１４の半田位置検出工程Ｓ２Ｂに戻る。このとき、採用する撮像条件は１セットとは限らず、複数のセットになる場合もあれば、１セットも採用できない場合もある。セット数が過大または過少のときには、第１条件の所定輝度差や第２および第３条件の所定分散値を適宜修正して、図１７の処理フローを再度実施する。
【００８４】
その後の図１４の半田位置検出工程Ｓ２Ｂおよび部品装着実施工程Ｓ３Ｂは、第１および第２実施形態と同様であるので、説明は省略する。
【００８５】
第３実施形態の基板の生産作業方法は、画像取得ステップＳ２１、Ｓ２２における複数の撮像条件を予め決定しておく撮像条件決定工程Ｓ１を位置検出工程Ｓ２Ｂよりも前に備える。
【００８６】
これによれば、多様な撮像条件の中から適正な複数の撮像条件を予め決定しておくことができるので、基板の生産作業を中断して試行錯誤により撮像条件を決定する非効率な手間が発生じない。
【００８７】
さらに、第３実施形態で、撮像条件決定工程Ｓ１は、検出対象物が設けられ（ペースト状半田が印刷され）かつ配設位置(半田位置)が既知の見本基板を多様な撮像条件で撮像して、二次元座標上に配置された各画素の輝度値を含む多様な試行画像データＳｄ１〜Ｓｄ６を取得する試行画像取得ステップＳ１１と、多様な試行画像データＳｄ１〜Ｓｄ６の２つを組み合わせた多数の組合せを演算対象とし、各組合せで同じ座標値の画素の輝度値の差分または差分の絶対値を演算して、各画素の輝度差分値からなる多数の試行差分画像データＳＤｄを取得する試行差分演算ステップＳ１２と、既知の配設位置に基づいて多数の試行差分画像データＳＤｄのそれぞれの適否を判定し、適正と判定した試行差分画像データの元になった２つの試行画像データの撮像条件を画像取得ステップＳ２１、Ｓ２２における複数の撮像条件に決定する試行判定ステップＳ１３と、を有する。
【００８８】
これによれば、撮像条件決定工程Ｓ１では、経験や勘だけに頼るのでなく、見本基板を用い多数の画像処理を試行して適正な複数の撮像条件を決定する。したがって、位置検出工程Ｓ２Ｂで、差分画像データに基づいて基板上の検出対象物の配設位置（半田位置ＳＨ）を確実に精度よく検出できる。
【００８９】
さらに、第３実施形態では、試行判定ステップＳ１３で、多数の試行差分画像データＳＤｄのそれぞれについて、既知の配設位置(半田位置Ｈ)に含まれる複数の画素の輝度差分値の平均値と、既知の配設位置以外の他位置Ｔに含まれる複数の画素の輝度差分値の平均値との偏差で表される平均輝度差が所定輝度差以上となる第１条件、ならびに、既知の配設位置(半田位置Ｈ)に含まれる複数の画素の輝度差分値がばらつく分布の分散値が所定分散値以下となる第２条件、ならびに、他位置Ｔに含まれる複数の画素の輝度差分値がばらつく分布の分散値が所定分散値以下となる第３条件、の少なくとも一条件に基づいて適否を判定する。
【００９０】
これによれば、多数の試行差分画像データＳＤｄの適否を定量的、客観的に評価して良好な試行差分画像データを確実に選択できるので、適正な複数の撮像条件を確実に決定できる。
【００９１】
さらに、第３実施形態では、試行判定ステップＳ１３で、配設位置(半田位置Ｈ)と他位置Ｔとの間に、画素の輝度差分値を適否の判定に使用しない中立位置Ｎを設定する。
【００９２】
これによれば、半田位置Ｈと他位置Ｔとの境界付近での輝度値の測定誤差やばらつきの影響を低減できるので、多数の試行差分画像データの評価精度が向上する。したがって、良好な試行差分画像データをさらに一層確実に選択でき、適正な複数の撮像条件を決定できる。
【００９３】
また、第３実施形態は、本発明の基板の撮像条件決定方法の実施形態を兼ねており、基板に設けられた検出対象物（印刷されたペースト状半田）を撮像する複数の撮像条件を予め決定しておく撮像条件決定工程Ｓ１と、基板を複数の撮像条件で撮像して取得した複数の原画像データに基づいて検出対象物の配設位置（半田位置）を検出する位置検出工程（半田位置検出工程Ｓ２Ｂ）と、検出した配設位置に基づいて基板に所定の生産作業を実施する作業実施工程(部品装着実施工程Ｓ３Ｂ)と、を備え、撮像条件決定工程Ｓ１における基板の撮像条件決定方法であって、検出対象物が設けられかつ配設位置が既知の見本基板を多様な撮像条件で撮像して、二次元座標上に配置された各画素の輝度値を含む多様な試行画像データＳｄ１〜Ｓｄ６を取得する試行画像取得ステップＳ１１と、多様な試行画像データＳｄ１〜Ｓｄ６の２つを組み合わせた多数の組合せを演算対象とし、各組合せで同じ座標値の画素の輝度値の差分または差分の絶対値を演算して、各画素の輝度差分値からなる多数の試行差分画像データＳＤｄを取得する試行差分演算ステップＳ１２と、既知の配設位置(半田位置ＳＨ)に基づいて多数の試行差分画像データＳＤｄのそれぞれの適否を判定し、適正と判定した試行差分画像データＳＤｄの元になった２つの試行画像データの撮像条件を位置検出工程Ｓ２Ｂにおける複数の撮像条件に決定する試行判定ステップＳ１３と、を有する。
【００９４】
これによれば、見本基板を多様な撮像条件で撮像して取得した多様な試行画像データＳｄ１〜Ｓｄ６の２つを組み合わせた多数の組合せについて、それぞれ試行差分画像データＳＤｄを演算により取得して適否を判定し、適正と判定した試行差分画像データＳＤｄから複数の撮像条件を決定する。したがって、経験や勘だけに頼るのでなく、考えられる撮像条件を網羅した全組合せについて画像処理を試行して適正な組合せを選択するので、好適な複数の撮像条件を確実に決定できる。
【００９５】
さらに、第３実施形態が兼ねる基板の撮像条件決定方法は、試行判定ステップＳ１３で、多数の試行差分画像データＳＤｄのそれぞれについて、既知の配設位置(半田位置Ｈ)に含まれる複数の画素の輝度差分値の平均値と、既知の配設位置以外の他位置Ｔに含まれる複数の画素の輝度差分値の平均値との偏差で表される平均輝度差が所定輝度差以上となる第1条件、ならびに、既知の配設位置(半田位置Ｈ)に含まれる複数の画素の輝度差分値がばらつく分布の分散値が所定分散値以下となる第２条件、ならびに、他位置Ｔに含まれる複数の画素の輝度差分値がばらつく分布の分散値が所定分散値以下となる第３条件、の少なくとも一条件に基づいて適否を判定する。
【００９６】
これによれば、多数の試行差分画像データＳＤｄの適否を定量的、客観的に評価して良好な試行差分画像データを確実に選択できるので、適正な複数の撮像条件を確実に決定できる。
【００９７】
なお、第１〜第３実施形態の各方法は、本発明の基板の生産作業装置に相当する部品実装機１として実施することもできる。実施形態の部品実装機１の効果は、第１〜第３実施形態の各方法の効果と同様であり、説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【００９８】
本発明の基板の生産作業方法、ならびに基板の撮像条件決定方法は、各実施形態で説明した部品実装機のＴＯＰ実装に限定されず、その他の作業実施装置の各種の基板生産作業でも利用可能である。また、検出対象物もペースト状半田に限定されず、装着された部品、シルク印刷された文字やバーコードなどの符号類、ならびにフィデューシャルマークを始めとする各種マーカ類、などの位置検出に対して利用可能である。
【符号の説明】
【００９９】
１：部品実装機    ２：基板搬送装置    ３：部品供給装置
４：部品移載装置    ５：部品カメラ    ６：基板カメラ
６１：撮像部    ６２：落射光源    ６３：傾射光源
Ｋ、Ｋ２：基板    Ｐ、Ｐ１、Ｐ２：ペースト状半田
Ｌ１、Ｌ２：ランド    ＳＨ：半田位置
Ｈ：半田位置    Ｔ：他位置    Ｎ：中立位置
Ｂｄ１：第１原画像データ    Ｂｄ２：第２原画像データ
Ｄｄ：差分画像データ
Ｓｄ１〜Ｓｄ６：試行画像データ    ＳＤｄ：試行差分画像データ
【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】
2015025403.tif 000016
【図１５】
2015025403.tif 000017
【図１６】
2015025403.tif 000018
【図１７】
2015025403.tif 000019
【図１８】
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【手続補正書】
【提出日】平成28年11月14日(2016.11.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１１】
基板に設けられた検出対象物を撮像する複数の撮像条件を予め決定しておく撮像条件決定工程と、前記基板を前記複数の撮像条件で撮像して取得した複数の原画像データに基づいて前記検出対象物の配設位置を検出する位置検出工程と、検出した配設位置に基づいて前記基板に所定の生産作業を実施する作業実施工程と、を備える基板の生産作業方法の、前記撮像条件決定工程における基板の撮像条件決定方法であって、
前記検出対象物が設けられかつ前記配設位置が既知の見本基板を多様な撮像条件で撮像して、二次元座標上に配置された各画素の輝度値を含む多様な試行画像データを取得する試行画像取得ステップと、
前記多様な試行画像データの２つを組み合わせた多数の組合せを演算対象とし、各前記組合せで同じ座標値の画素の輝度値の差分または差分の絶対値を演算して、前記各画素の輝度差分値からなる多数の試行差分画像データを取得する試行差分演算ステップと、
前記既知の配設位置に基づいて前記多数の試行差分画像データのそれぞれの適否を判定し、適正と判定した試行差分画像データの元になった２つの試行画像データの撮像条件を前記位置検出工程における複数の撮像条件に決定する試行判定ステップと、を有する基板の撮像条件決定方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
請求項１１に係る基板の撮像条件決定方法の発明は、基板に設けられた検出対象物を撮像する複数の撮像条件を予め決定しておく撮像条件決定工程と、前記基板を前記複数の撮像条件で撮像して取得した複数の原画像データに基づいて前記検出対象物の配設位置を検出する位置検出工程と、検出した配設位置に基づいて前記基板に所定の生産作業を実施する作業実施工程と、を備える基板の生産作業方法の、前記撮像条件決定工程における基板の撮像条件決定方法であって、前記検出対象物が設けられかつ前記配設位置が既知の見本基板を多様な撮像条件で撮像して、二次元座標上に配置された各画素の輝度値を含む多様な試行画像データを取得する試行画像取得ステップと、前記多様な試行画像データの２つを組み合わせた多数の組合せを演算対象とし、各前記組合せで同じ座標値の画素の輝度値の差分または差分の絶対値を演算して、前記各画素の輝度差分値からなる多数の試行差分画像データを取得する試行差分演算ステップと、前記既知の配設位置に基づいて前記多数の試行差分画像データのそれぞれの適否を判定し、適正と判定した試行差分画像データの元になった２つの試行画像データの撮像条件を前記位置検出工程における複数の撮像条件に決定する試行判定ステップと、を有する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２６】
部品カメラ５は、基板搬送装置２と部品供給装置３との間の機台９の上面に、上向きに設けられている。部品カメラ５は、装着ヘッド４４が部品供給装置３から基板Ｋ上に移動する途中で吸着採取されている部品の状態を撮像して検出するものである。部品カメラ５が部品の吸着位置の誤差や回転角のずれなどを検出すると、必要に応じて部品装着動作が微調整され、装着が困難な部品は廃棄される。
【国際調査報告】
2015025403.tif 000021
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2015025403.tif 000023
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