(57)【要約】【課題】簡便・安価な方法で画像読取り時間を短縮するとともに画質の均一な画像を得ることができる画像読取り装置および画像読取り方法を提供することを目的とする。【解決手段】ラインセンサ１４を備えたカメラ９に対して移載ヘッド８の吸着ノズル８ａに保持された撮像対象の電子部品をスキャンさせて光学画像を読み取る画像読取り装置において、電子部品に対して照明光を照射する照明装置１０の光量を照明制御部１１によって制御する際の光量制御パターンを、スキャン動作における移載ヘッド８のヘッド移動パターンに対応して予め設定しておき、画像読取り時には照明装置１０による照明光の光量を光量制御パターンに従って制御する。これにより、相対移動速度の変化による露光時間の違いに起因する画質の変動を補正することができ、簡便・安価な方法で画像読取り時間を短縮するとともに画質の均一な画像を得ることができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素を直列に配置したラインカメラに対して撮像対象物を画素の配列方向と交差する方向に相対的に移動させながら撮像対象の光学画像を読み取る画像読取り装置であって、前記撮像対象物に対して光を照射する照明装置と、この照明装置による照明光の光量を光量制御パターンに従って制御する照明制御手段と、前記撮像対象物をカメラに対して相対的に移動させる相対移動機構と、前記ラインカメラから画像信号を出力させるカメラ制御部と、前記カメラによって撮像対象物を撮像する際の相対移動速度の速度パターンを記憶する速度パターン記憶手段と、前記速度パターンに対応した光量制御パターンを記憶する光量制御パターン記憶手段とを備えたことを特徴とする画像読取り装置。
【請求項２】
複数の画素を直列に配置したラインカメラに対して撮像対象物を画素の配列方向と交差する方向に相対的に移動させ、照明装置によって前記撮像対象物に対して所定の光量制御パターンに従って光を照射しながら撮像対象の光学画像を読み取る画像読取り方法であって、前記光量制御パターンを前記撮像対象物をカメラに対して相対的に移動させる相対移動機構の速度パターンに対応して設定しておき、照明装置によって前記撮像対象物に対して光を照射する際に、前記照明装置による照明光の光量を前記光量制御パターンに従って制御することを特徴とする画像読取り方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ラインカメラによって撮像対象の画像を読み取る画像読取り装置および画像読取り方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品実装装置などにおいて電子部品の位置認識を画像処理により行うための撮像手段として、複数の画素が主走査方向に配列されたラインカメラが用いられる。このラインカメラによる画像読取りに際しては、電子部品を保持した移載ヘッドを主走査方向と直交する副走査方向に移動させるスキャン動作を行わせることにより、１次元画像を並列させた２次元画像を得る。
【０００３】
上述のスキャン動作において良好な画質の画像を取得するには、各副走査回毎の露光時間を一定にするためにラインカメラと画像読取り対象の電子部品との相対移動速度を定速に保持する必要があった。このため、従来より画像読取りに際しては電子部品を保持した移載ヘッドの移動速度が所定のスキャン速度に収束するまでの間は画像読取りを行えず、無駄時間の発生が避けられなかった。
【０００４】
この不都合を解消するため、従来よりラインカメラと電子部品との相対移動速度が変化している状態においても、画像読取りを可能にするための取り組みが行われている。例えば、露光時間が変動することによる明るさの変動を、画像取込後の画像に対して画像処理により補正する方法（例えば特許文献１参照）や、各副走査回毎に移載ヘッドの移動速度を検出し、検出された速度に応じて照明のタイミングを調整する方法（例えば特許文献２参照）などが提案されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平８−１３０３９８号公報
【特許文献２】
特開２０００−２９９６００号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上述の先行技術は、電子部品実装装置に実際に適用された形態においては必ずしも有効ではなかった。すなわち、画像取込後の画像に対して画像処理により補正する方法では、ラインカメラを構成する画素に蓄積される電荷が飽和してしまうような低速範囲には適用が出来なかった。また各副走査回毎に移載ヘッドの移動速度を検出し、検出された速度に応じて照明のタイミングを調整する方法では、照明装置の応答特性によって必ずしも満足する結果が得られない場合があるとともに、制御装置自体が複雑になってコスト高を招くという問題があった。
【０００７】
そこで本発明は、簡便・安価な方法で画像読取り時間を短縮するとともに画質の均一な画像を得ることができる画像読取り装置および画像読取り方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の画像読取り装置は、複数の画素を直列に配置したラインカメラに対して撮像対象物を画素の配列方向と交差する方向に相対的に移動させながら撮像対象の光学画像を読み取る画像読取り装置であって、前記撮像対象物に対して光を照射する照明装置と、この照明装置による照明光の光量を光量制御パターンに従って制御する照明制御手段と、前記撮像対象物をカメラに対して相対的に移動させる相対移動機構と、前記ラインカメラから画像信号を出力させるカメラ制御部と、前記カメラによって撮像対象物を撮像する際の相対移動速度の速度パターンを記憶する速度パターン記憶手段と、前記速度パターンに対応した光量制御パターンを記憶する光量制御パターン記憶手段とを備えた。
【０００９】
請求項２記載の画像読取り方法は、複数の画素を直列に配置したラインカメラに対して撮像対象物を画素の配列方向と交差する方向に相対的に移動させ、照明装置によって前記撮像対象物に対して所定の光量制御パターンに従って光を照射しながら撮像対象の光学画像を読み取る画像読取り方法であって、前記光量制御パターンを前記撮像対象物をカメラに対して相対的に移動させる相対移動機構の速度パターンに対応して設定しておき、照明装置によって前記撮像対象物に対して光を照射する際に、前記照明装置による照明光の光量を前記光量制御パターンに従って制御する。
【００１０】
本発明によれば、撮像対象物を照明する照明装置の光量制御パターンを、撮像対象物をカメラに対して相対的に移動させる相対移動機構の速度パターンに対応して設定しておき、照明装置によって撮像対象物に対して光を照射する際に、照明装置による照明光の光量を光量制御パターンに従って制御することにより、簡便・安価な方法で画像読取り時間を短縮するとともに画質の均一な画像を得ることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態の画像読取り装置が組み込まれた電子部品実装装置の平面図、図２は本発明の一実施の形態の画像読取り装置の構成を示すブロック図、図３は本発明の一実施の形態の画像読取り装置における移載ヘッド速度パターンおよび光量制御パターンの説明図、図４は本発明の一実施の形態の画像読取り方法のフロー図である。
【００１２】
まず図１を参照して電子部品実装装置について説明する。図１において、基台１の中央部にはＸ方向に搬送路２が配設されている。搬送路２は基板３を搬送し位置決めする。搬送路２の両側には電子部品を供給する部品供給部４が配設され、それぞれの部品供給部４には多数個のテープフィーダ５が並設されている。テープフィーダ５はテープに保持された電子部品を収納し、このテープをピッチ送りすることによりピックアップ位置に電子部品を供給する。
【００１３】
基台１上面の両側端部には２基のＹ軸テーブル６Ａ，６Ｂが並行に配設されており、Ｙ軸テーブル６Ａ，６Ｂには移載ヘッド８が装着されたＸ軸テーブル７が架設されている。移載ヘッド８は、下端部に電子部品を吸着する複数の吸着ノズル８ａ（図２）を備えている。Ｙ軸テーブル６Ａ，６ＢおよびＸ軸テーブル７を駆動することにより、移載ヘッド８は水平移動し、テープフィーダ５のピックアップ位置から電子部品をピックアップし基板３上へ移送搭載する。
【００１４】
搬送路２と部品供給部４の間の移載ヘッド８の移動経路には、電子部品の画像を読取るカメラ９が配置されている。カメラ９は後述するように、光電変換素子を備えた複数の画素をＹ方向に直列に配置したラインセンサによって画像を読取るラインカメラであり、図２に示すように、カメラ９の上方には撮像対象物に対して照明光を照射する照明装置１０が配設されている。
【００１５】
移載ヘッド８の吸着ノズル８ａに保持された電子部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを個別にカメラ９上に位置させた状態で、照明装置１０を点灯して下方から電子部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃを照明することにより、電子部品Ｐａ、Ｐｂ、Ｐｃの光学画像が画素上に結像される。そしてこの光学画像を電気信号に変換した画像信号が常時出力される。
【００１６】
照明装置１０は照明制御部１１によって制御され、照明制御部１１は入出力制御部１９から出力される光量制御値に基づいて、照明装置１０を点灯させる。光量制御値は、後述するように予め記憶された光量制御パターンに基づいて生成される。したがって、照明制御部１１は、照明装置１０による照明光の光量を光量制御パターンに従って制御する照明制御手段となっている。
【００１７】
図２においてモータ７ａはＸ軸テーブル７の駆動モータであり、モータ制御部１３によって制御される。すなわち、モータ制御部１３は入出力制御部１９を介して伝達される速度指令や位置指令に従ってモータ７ａを制御し、送りねじ７ｂを回転駆動する。これにより、移載ヘッド８はカメラ９に対してＸ方向に所定の移動パターンで移動する。
【００１８】
移載ヘッド８を移動させながらカメラ９によって電子部品Ｐの撮像を行うことにより、カメラ９は電子部品Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの走査画像を取得する。Ｘ軸テーブル７は、撮像対象物である電子部品Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃをカメラ９に対して、画素が配列された主走査方向（Ｙ方向）と直角に交差する副走査方向（Ｘ方向）に相対移動させる相対移動機構となっている。そして得られた走査画像を画像認識することにより電子部品Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの識別や位置検出が行われ、電子部品Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃを基板３へ搭載する際にはこの位置検出結果に基づいて位置ずれが補正される。
【００１９】
またモータ７ａはエンコーダを備えており、エンコーダから出力されるパルス信号をモータ制御部１３が受信することにより、移載ヘッド８の、したがって移載ヘッド８の吸着ノズル８ａに保持された撮像対象物である電子部品Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃのカメラ９に対する相対位置が現在位置として検出される。
【００２０】
図２において、カメラ９はラインセンサ１４およびカメラ制御部１５より構成される。ラインセンサ１４は、Ｙ方向に直列に配列された複数の画素を備えている。ラインセンサ１４の直上に位置した撮像対象物に対して照明装置１０によって照明光を照射し、この反射光をカメラ９に入光させるすることにより、各画素には撮像対象物の画像に応じた電荷が蓄積される。そして各画素に蓄積した電荷を画像信号として順次出力させることにより、撮像対象物の１次元画像が取得される。ラインセンサ１４からの画像信号の出力は、カメラ制御部１５によって制御される。
【００２１】
そして撮像対象物である電子部品を保持した移載ヘッド８を、画素の配列方向と交差する方向に移動させることにより、カメラ９は吸着ノズル８ａに保持された電子部品の走査画像を読み取り、画像認識部１８に対して出力する。
【００２２】
入出力制御部１９は、照明制御部１１，モータ制御部１３，カメラ制御部１５，画像認識部１８と、処理・演算部２０との間の信号の入出力を制御する。処理・演算部２０は、以下に説明するデータ記憶部２１に記憶されたデータに基づいて、プログラム記憶部２２に記憶された処理プログラムを実行することにより、各種処理・演算を実行する。
【００２３】
データ記憶部２１には、実装データ２１ａ、ヘッド移動速度パターンデータ２１ｂ、光量制御パターンデータ２１ｃが記憶されている。実装データ２１ａは、部品の形状・サイズに関するデータや、部品の実装位置、実装順序、ピックアップに用いられるノズル種類など、実装作業に関するデータである。
【００２４】
ヘッド移動速度パターンデータ２１ｂは、カメラ９による画像読取り時に電子部品を保持した移載ヘッド８がカメラ９上を移動する際の移動速度パターン（モータ７ａの速度パターン）についてのデータである。光量制御パターンデータ２１ｃは、カメラ９による画像読取り時に照明装置１０によって照明光を照射する際の光量を制御するパターンについてのデータである。したがってデータ記憶部２１は、カメラ９によって撮像対象物を撮像する際の相対移動速度の速度パターンを記憶する速度パターン記憶手段であり、また速度パターンに対応した光量制御パターンを記憶する光量制御パターン記憶手段となっている。
【００２５】
図３は、画像読取対象の電子部品Ｐのサイズと、上述のヘッド移動速度パターン、光量制御パターンの例を示している。ラインカメラによる画像読取りに際しては、撮像対象となる電子部品Ｐのサイズに応じてスキャン動作パターンが設定され、スキャン動作パターンに基づいて移載ヘッド８のヘッド移動速度パターンが設定される。
【００２６】
従来より、ラインカメラによる画像の読取りは、スキャン動作においてヘッド移動速度が所定のスキャン速度に収束した後に開始するのが一般的であったが、本実施の形態に示す画像読取り装置においては、画像読取りに要する時間を極力短縮することを目的として、ヘッド移動速度が所定のスキャン速度ＶＳに収束する前から画像読取りを開始するようにしている。
【００２７】
すなわち図３に示すように、加速を開始するタイミングｔ１からスキャン速度ＶＳに到達するタイミングｔ３までの間に画像読取り開始タイミングｔ２を設定し、このタイミングにおいて電子部品Ｐの走査画像の読取りを開始する。そして画像読取終了タイミングｔ５は、スキャン速度ＶＳの状態から減速を開始するタイミングｔ４と減速終了タイミングｔ６との間に設定される。これにより、電子部品の実装動作において、画像読取りを迅速に実行することができ、実装作業のタクトタイムを短縮することができる。
【００２８】
上述のように、ヘッド移動速度がスキャン速度に収束する前に画像読取りを開始し、減速開始後にもなお画像読取りを継続することから、ヘッド移動速度の変化によってラインセンサ１４の各画素の露光時間に違いが生じ、これに起因して画質が変化する。この画質の変化を防止するため、本実施の形態では、ヘッド移動速度パターンに応じて、照明装置１０から照射される照明光の光量を制御するようにしている。
【００２９】
照明光の光量は、図３に示すように、ヘッド移動速度に比例して増減するように光量制御パターンが設定され、実装動作においては照明光の照射タイミングがヘッド移動速度パターンに同期するように制御される。すなわち、タイミングｔ１からタイミングｔ３まで直線的に光量を増加させ、タイミングｔ４からタイミングｔ６まで同様に直線的に光量を減少させるような光量の増減パターンが採用される。
【００３０】
この光量制御パターンは、スキャン速度が高くなるほど大きな光量の照明光が照射されることを示している。これにより高スキャン速度で移載ヘッド８が移動することにより露光時間が短縮される場合にあっても、照明制御部１１に対して出力される光量制御値は、このスキャン速度に対応した光量に設定され、露光時間の違いによる画質の変化を少なくすることが可能となっている。
【００３１】
プログラム記憶部２２には、実装動作プログラム２２ａ、ヘッド移動速度設定プログラム２２ｂ、光量制御プログラム２２ｃが記憶されている。実装動作プログラム２２ａは、移載ヘッド８によって部品供給部４から電子部品を取り出して基板３に移送搭載する実装動作のためのプログラムである。ヘッド移動速度設定プログラム２２ｂは、前述の実装動作の途中において、電子部品を保持した移載ヘッドがカメラ９の上方をＸ方向に移動して画像を取り込むスキャン動作における移載ヘッド８の移動速度を、ヘッド移動速度パターン２１ｂに基づいて設定するための処理プログラムである。また光量制御プログラム２２ｃは、カメラ９による画像読取に際して照明装置１０から照射される照明光の光量を、光量制御パターン２１ｃに基づいて制御するための制御プログラムである。
【００３２】
この電子部品実装装置は上記のように構成されており、以下電子部品実装方法について図４のフローに沿って各図を参照しながら説明する。まず図４において、実装データ２１ａおよび予め設定されたヘッド移動速度パターン２１ｂ、光量制御パターン２１ｃが、データ記憶部２１から処理・演算部２０に読み取られる（ＳＴ１）。これにより実装動作が開始され、図１に示す移載ヘッド８は、部品供給部４から電子部品をピックアップする（ＳＴ２）。ここでは、３個の異なる種類の電子部品Ｐａ，Ｐｂ、Ｐｃ（図２参照）が３つの吸着ノズル８ａによってピックアップされる。そして移載ヘッド８はカメラ９の上方の画像読取り開始位置へ移動する（ＳＴ３）。
【００３３】
この移載ヘッド８による動作と同時並行的に、処理・演算部２０がヘッド移動速度設定プログラム２２ｂ、光量制御プログラム２２ｃを実行することにより、読み取られた移載ヘッド移動速度パターン２１ｂ、光量制御パターン２１ｃに基づいて、移載ヘッド移動速度設定が行われ（ＳＴ４）、次いで光量制御値設定が行われ（ＳＴ５）、設定されたヘッド移動速度および光量制御値が出力される（ＳＴ６）。
【００３４】
そしてこの後画像読取りが実行される（ＳＴ７）。すなわち、各電子部品電子部品Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃについて、それぞれのヘッド移動速度パターン、光量制御パターンの組み合わせによって画像読取りが行われる。この画像読み取りにおいては、対象とする電子部品Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃに対応してそれぞれヘッド移動速度パターンおよび光量制御パターンが設定されていることから、前述のようにヘッド移動速度がスキャン速度に収束するのを待つことなく画像読取を実行することができ、タクトタイムの短縮が可能となっている。
【００３５】
画像読み取りが終了したならば、移載ヘッド８は基板３の上方へ移動する（ＳＴ８）。これと並行して、認識処理が行われる（ＳＴ９）。すなわちラインセンサ１４から出力された画像信号は、画像認識部１８に取り込まれここで認識処理が行われる。
【００３６】
次いで、部品搭載が実行される（ＳＴ１０）。すなわち、画像認識部１８による電子部品Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃの認識結果に基づき位置ずれを補正した上で、移載ヘッド８によって基板３上に電子部品Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃが搭載される。このとき、認識処理は画質の安定した画像に基づいて行われていることから、画像認識精度を安定させて実装精度を向上させることが可能となっている。
【００３７】
上述の電子部品実装方法における画像読取りは、複数の画素を直列に配置したカメラ９に対して電子部品を画素の配列方向と交差する一方向に相対的に移動させ、照明装置１０によって電子部品に対して所定の光量制御パターンに従って光を照射しながら電子部品の光学画像を読み取る画像読取り方法であって、光量制御パターンを、電子部品をカメラ９に対して相対的に移動させる相対移動機構の速度パターンに対応して設定しておき、照明装置１０によって電子部品に対して光を照射する際に、照明装置１０による照明光の光量を前記光量制御パターンに従って制御する形態となっている。
【００３８】
これにより、カメラ９と電子部品との相対移動速度が変化している状態においても、画像読取りを実行することができる。そして上記方法による画像読取りにおいては、露光時間が変動することによる明るさの変動を、読取り画像に対する画像処理や照明タイミングの調整などの方法を用いることなく補正するようにしている。
【００３９】
したがって、画像読取り後の画像に対して画像処理により補正する方法において適用不可能な速度範囲、すなわちラインカメラを構成する画素に蓄積される電荷が飽和してしまうような低速範囲にも適用が可能となる。また各副走査回毎に移載ヘッドの移動速度を検出し、検出された速度に応じて照明のタイミングを調整する方法における問題点、すなわち照明制御系の応答遅れによる補正効果の低下や、制御装置自体の複雑化によるコスト高を招くことなく、簡便・安価な方法で画像読取り時間を短縮するとともに画質の均一な画像を得ることができる。
【００４０】
なお上記実施の形態では、画像読取り装置を電子部品実装装置に組み込んだ例について説明したが、この画像読取り装置は電子部品実装装置以外の組立装置や各種検査機等、画像を読み取る全ての装置に対して適用可能である。また図３においては、ヘッド移動速度パターンとして速度が零からスキャン速度ＶＳまで増加する台形パターンの例を示したが、本発明はこれ以外の各種のヘッド移動速度パターンに対して適用可能であり、例えばスキャン速度ＶＳよりも高速のヘッド移動速度からスキャン速度まで減速するようなパターンであってもよい。
【００４１】
【発明の効果】
本発明によれば、撮像対象物を照明する照明装置の光量制御パターンを、撮像対象物をカメラに対して相対的に移動させる相対移動機構の速度パターンに対応して設定しておき、照明装置によって撮像対象物に対して光を照射する際に、照明装置による照明光の光量を光量制御パターンに従って制御することにより、簡便・安価な方法で画像読取り時間を短縮するとともに画質の均一な画像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態の画像読取り装置が組み込まれた電子部品実装装置の平面図
【図２】本発明の一実施の形態の画像読取り装置の構成を示すブロック図
【図３】本発明の一実施の形態の画像読取り装置における移載ヘッド速度パターンおよび光量制御パターンの説明図
【図４】本発明の一実施の形態の画像読取り方法のフロー図
【符号の説明】
７  Ｘ軸テーブル
７ａ  モータ
８  移載ヘッド
９  カメラ
１０  照明装置
１１  照明制御部
１３  モータ制御部
１４  ラインセンサ
１５  カメラ制御部
１８  画像認識部
２０  処理・演算部
２１  データ記憶部
２１ｂ  ヘッド移動速度パターン
２１ｃ  光量制御パターン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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