(57)【要約】      （修正有）【課題】電子部品を電子回路基板上に搭載する電子部品搭載装置において、ノズルの吸着位置がチップ部品の中心からずれた状態で撮像された場合でもチップ部品を正確に認識することができる、電子部品認識方法及び装置を提供する。【解決手段】電子部品搭載装置は、同軸照明２３に加えて下方照明２５とサイド照明２７を設けて、照明の角度を変えて光を照射するとともに、画像認識処理にてノズル下面の映りこみがあったかどうかの判定を行い、吸着したノズルのチップ部品からのはみ出し部分が画像認識処理に影響のない程度に低減して撮像された画像を取り込んで画像認識処理により画像認識データを生成する。【選択図】図２
2005183643.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子部品をノズルの吸着面に吸着・保持した状態で、前記電子部品に光を照射して撮像し、前記電子部品の画像を画像認識処理して装着する電子部品装着機の電子部品認識方法において、
前記電子部品があらかじめ指定された部品の場合には下方照明にて光を照射して前記部品を撮像し、前記下方照明にて撮像した画像を画像認識処理して形状比較用データを生成し、前記形状比較用データをあらかじめ指定された値と比較して許容範囲内であれば画像認識データを転送し、前記形状比較用データをあらかじめ指定された値と比較して許容範囲外であればサイド照明にて光を照射して前記部品を再び撮像し、前記サイド照明にて撮像した画像を画像認識処理して形状比較用データを生成し、前記形状比較用データをあらかじめ指定された値と比較して許容範囲内であれば画像認識データを転送し、前記形状比較用データをあらかじめ指定された値と比較して許容範囲外であればエラーを転送することを特徴とする電子部品装着機の電子部品認識方法。
【請求項２】
前記電子部品があらかじめ指定された部品でない場合には同軸照明にて光を照射して前記電子部品を撮像し、前記同軸照明にて撮像した画像を画像認識処理し、画像認識データを転送することを特徴とする請求項１に記載の電子部品装着機の電子部品認識方法。
【請求項３】
電子部品をノズルの吸着面に吸着・保持した状態で、前記電子部品に光を照射して撮像し、前記電子部品の画像を画像認識処理して装着する電子部品装着機の電子部品認識装置において、
前記電子部品に光を照射する同軸照明部と下方照明部とサイド照明部からなる照明手段と、前記照明手段の前記照明部の駆動を切り替える照明切替部と、撮像した画像を記憶する画像記憶部と、前記画像記憶部から画像認識処理に必要な画像データを抽出して記憶する抽出データ記憶部と、前記抽出データ記憶部に記憶された画像データを画像認識処理して形状比較用データを生成する画像認識演算部と、前記形状比較用データをあらかじめ指定された値と比較する形状比較部と、前記形状比較部の比較結果に基づいて前記画像認識演算部で処理した画像認識データを転送し、あるいは前記照明切替部を制御する制御部とを有することを特徴とする電子部品装着機の電子部品認識装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルに吸着・保持された電子部品を下方から撮像して得られた画像により、電子部品の位置を画像認識する電子部品認識方法及び装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
電子部品製造分野において、電子部品や基板を精度よく位置決めする方法として、画像認識を応用する方法が広く用いられている。この方法は、基板や電子部品を撮像して得られた画像を認識することにより、基板の基板マークや電子部品の電極、エッジ部あるいは重心部などの位置を検出するものである。
【０００３】
この画像認識による電子部品の位置検出では、電子部品をノズルで吸着・保持して撮像装置の上方に移動させてCCDカメラで撮像を行なう。ところで最近の回路実装基板は高密度、高精度が要求されるようになり、電子部品としてチップ部品の採用が多くなされ、チップ部品の微小化も図られている。このためノズルの吸着位置がチップ部品の中心からずれた状態で撮像されると、図５（ａ）のようにチップ部品からはみ出したノズル下面も撮像されて、画像認識が正確になされなくなる。
【０００４】
そこで、チップ部品を吸着するノズルの吸着面に黒色処理を施して、黒色処理の表面にビッカース硬度が２０００ｋｇ／ｍｍ2以上の硬質炭素膜をコーティングすることがなされている。なお前記硬質炭素膜はＤＬＣ膜と称されている。黒色処理により吸着したノズルのチップ部品からはみ出し部分が撮像されないようにするものであり、ＤＬＣ膜をコーティングにより黒色処理が磨耗してはがれないようにするものである（例えば、特許文献１参照）。
また、適切な画像を得る手段として、部品認識のための撮像に最適な明るさはチップ部品の大きさやリード間隔等によって異なるため、部品の種類別に照明光量の調整値を記憶し、ノズルに吸着された部品の種類に応じて記憶した調整値を読み出して調整値に基づき照明の光量を制御する手段もとられている（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開平６−２４４５９２号公報
【特許文献２】特許第３３０８２２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＤＬＣ膜コーティングの厚さは１μｍ程であり、何十万回となくチップ部品の吸着・保持、搭載を繰り返すうちにチップ部品との間で磨耗してコーティングと黒色処理部も削りとられてしまう。また照明に関しては、照明の光量を制御するだけではノズル下面からの反射光を回避することはできない。この結果、吸着したノズルのチップ部品からのはみ出し部分が撮像されて画像認識が正確になされないという問題点があった。
【０００６】
そこで本発明は、同軸照明に加えて下方照明とサイド照明を設けて、照明の角度を変えて光を照射するとともに、画像認識処理にてノズル下面の映りこみがあったかどうかの判定を行い、吸着したノズルのチップ部品からのはみ出し部分が画像認識処理に影響のない程度に低減して撮像された画像を取り込んで、認識ミスの発生を低減した電子部品認識方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１記載の発明では、電子部品をノズルの吸着面に吸着・保持した状態で、前記電子部品に光を照射して撮像し、前記電子部品の画像を画像認識処理して搭載する電子部品搭載機の電子部品認識方法において、前記電子部品があらかじめ指定された部品の場合には下方照明にて光を照射して前記部品を撮像し、前記下方照明にて撮像した画像を画像認識処理して形状比較用データを生成し、前記形状比較用データをあらかじめ指定された値と比較して許容範囲内であれば画像認識データを転送し、前記形状比較用データをあらかじめ指定された値と比較して許容範囲外であればサイド照明にて光を照射して前記部品を再び撮像し、前記サイド照明にて撮像した画像を画像認識処理して形状比較用データを生成し、前記形状比較用データをあらかじめ指定された値と比較して許容範囲内であれば画像認識データを転送し、前記形状比較用データをあらかじめ指定された値と比較して許容範囲外であればエラーを転送する方法を採って、前記課題を解決している。
【０００８】
そして請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の電子部品搭載機の画像認識方法において、前記電子部品があらかじめ指定された部品でない場合には同軸照明にて光を照射して前記電子部品を撮像し、前記同軸照明にて撮像した画像を画像認識処理し、画像認識データを転送することを特徴としている。
【０００９】
更に、請求項３記載の発明では、電子部品をノズルの吸着面に吸着・保持した状態で、前記電子部品に光を照射して撮像し、前記電子部品の画像を画像認識処理して搭載する電子部品搭載機の電子部品認識装置において、前記電子部品に光を照射する同軸照明部と下方照明部とサイド照明部からなる照明手段と、前記照明手段の前記照明部の駆動を切り替える照明切替部と、撮像した画像を記憶する画像記憶部と、前記画像記憶部から画像認識処理に必要な画像データを抽出して記憶する抽出データ記憶部と、前記抽出データ記憶部に記憶された画像データを画像認識処理して形状比較用データを生成する画像認識演算部と、前記形状比較用データをあらかじめ指定された値と比較する形状比較部と、前記形状比較部の比較結果に基づいて前記画像認識演算部で処理した画像認識データを転送し、あるいは前記照明切替部を制御する制御部とから構成して、前記課題を解決している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の電子部品実装機における画像認識方法及び装置によれば、吸着した電子部品があらかじめ指定された部品（例えばチップ部品）の場合は、まず下方照明でチップ部品に光を照射して撮像して画像認識処理する。そして撮像画像の形状があらかじめ指定された範囲内か否かを判定する。指定された範囲外であれば次にサイド照明でチップ部品に光を照射して撮像して画像認識処理する。そして撮像画像の形状があらかじめ指定された範囲内か否かを判定する。このように吸着したノズルのチップ部品からのはみ出し部分が画像認識処理に影響しない画像として取り込まれた画像を画像認識処理して画像認識データを電子部品搭載機の主制御部へ転送するようにしたので、認識ミスを大幅に削減させることができる。
【００１１】
更に、同軸照明も備え、あらかじめ指定された部品（例えばチップ部品）以外の大きな電子部品に対しては同軸照明により電子部品に光を照射して撮像し、画像認識処理することができるので、画像認識時間を低減して認識ミスのない画像認識データを電子部品搭載機の主制御部へ転送することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一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である画像認識装置が組み込まれた電子部品搭載機の斜視図である。図２は電子部品認識装置の照明手段、図３はシステム構成を示すブロック図、図４は画像処理を利用した電子部品認識装置の動作を示すフローチャート、図５はチップ部品とチップ部品を吸着したノズルのチップ部品からのはみ出し部分の画像図である。
【００１３】
まず、図１を参照して電子部品搭載機１０の全体構造を説明する。図１において、１３は基板搬送路である。基板搬送路１３の中央部付近には、基板搬送路１３によって搬送された基板１９が保持されている。搭載ヘッド部１１はＸＹ移送部１２に支持されており水平移動可能である。搭載ヘッド部１１には、電子部品を吸着・保持するノズルが配設されている。搭載ヘッド部１１はそのノズルの下端部に電子部品供給装置（フィーダ）１４の電子部品供給位置に供給される電子部品（チップ部品）１８を真空吸着して電子部品認識装置１５の上部へＸＹ移動する。電子部品認識装置１５はチップ部品の下面を撮像し、画像認識処理により吸着・保持したチップ部品の吸着ずれ量（ＸＹ誤差、角度誤差）を演算して、基板１９の正規搭載位置に対する位置補正を行って基板１９に搭載する。
【００１４】
図２を参照して電子部品認識装置１５の照明手段２０の構成を説明する。図２には同軸照明部２３と下方照明部２５とサイド照明部２７からなる照明手段２０が図示されている。同軸照明部２３には複数のＬＥＤ２１が２次元（平面）に配列され、ＬＥＤ２１の配列面が垂直となるように垂直な平板である枠体２２に取付けられている。図において枠体２２は左右に記載されているが、前後にも配置されて照明部を囲うように構成されている。同軸照明部２３の投光面には均一な照明光を形成するための拡散板２４が配置されている。枠体２２で囲う空間の垂直中心線と同軸照明部２３の水平方向中心線の交点部に同軸照明部２３に対して４５度の角度をなすようにハーフミラー２８が配置されている。拡散板２４を通過した照明光はハーフミラー２８により上方に反射され、ノズル１６に吸着・保持されたチップ部品１８に真下から光を照射する。そしてチップ部品１８によって下方に反射した光はハーフミラー２８を透過してＣＣＤカメラ２９によってチップ部品１８が撮像される。
【００１５】
下方照明部２５には複数のＬＥＤ２１が２次元（平面）に配列され、同軸照明部２３より上部にＬＥＤ２１の配列面が水平となるように枠体２２に取付けられている。図において下方照明部２５は左右に記載されているが、前後にも配置されて照明部を囲うように構成されている。なお各下方照明部２５の内側縁部（枠体２２に近い縁部と逆側）はＣＣＤカメラ２９の視野に入らない大きさとなっている。下方照明部２５の上面には均一な照明光を形成するための拡散板２６が配置され、拡散板２を通過した照明光はノズル１６に吸着保持されたチップ部品１８に斜め下方から光を照射する。そしてチップ部品１８によって下方に反射した光はハーフミラー２８を透過してＣＣＤカメラ２９によってチップ部品１８が撮像される。
【００１６】
サイド照明部２７には複数のＬＥＤ２１が２次元（平面）に配列され、下方照明部２５より上部にＬＥＤ２１の配列面が垂直となるように枠体２２に取付けられている。図においてサイド照明部２７は左右に記載されているが、前後にも配置されて照明部を囲うように構成されている。なおサイド照明部２７は下方照明２５の照明の妨げとならないように下方照明２５のＬＥＤ２１の配列の外側（枠体２２に近い側）に配置されている。照明光はノズル１６に吸着保持されたチップ部品１８に斜め下側方から光を照射する。そしてチップ部品１８によって下方に反射した光はハーフミラー２８を透過してＣＣＤカメラ２９によってチップ部品１８が撮像される。
【００１７】
次に、図３を参照して、電子部品認識装置１０の制御系の構成を説明する。図２において、ＣＣＤカメラ２９は電子部品１８を撮像し、画像データをＡ／Ｄ変換部３１を経て画像記憶部３２に送る。画像記憶部３２は、Ａ／Ｄ変換された画像データを記憶する。そして画像認識処理時間を短縮するために画像処理する部分のデータを画像記憶部３２から抽出して抽出データ記憶部３３に記憶する。
【００１８】
画像認識演算部３４は抽出データ記憶部３３に記憶した画像データを画像認識処理を行い、電子部品の電極、エッジ部あるいは重心部などの位置と角度を検出する。画像認識処理はパターンマッチングによる方法、２値化による方法など部品の種類や大きさに応じてあらかじめ指定された方法で行う。ここで電子部品がチップ部品の場合はノズルが画像として取り込まれていないかの判定を行うための形状比較用データを生成する。前記データを生成する方法は予め指定することができ、パターンマッチング方法であれば最高マッチング率を計算し、輪郭トレース方法であれば画像の輪郭長を計算し、面積方法であれば画像の面積を計算する。
【００１９】
形状比較部３５は画像認識演算部３４で計算した形状比較用データを受け取り、OKまたはNGの判定結果を制御部３６に送る。形状比較用データが最高マッチング率の時はあらかじめ指定された値より大きければOK、小さければNGである。形状比較用データが輪郭長の時はあらかじめ指定された範囲内であればOK,あらかじめ指定された範囲外であればNGである。形状比較用データが面積の時はあらかじめ指定された範囲内であればOK,あらかじめ指定された範囲外であればNGである。
【００２０】
制御部３６は電子部品認識装置１５全体の制御を行う部分であるが、本発明に係わる点について説明をする。制御部３６はチップ部品でなければ電子部品の電極、エッジ部あるいは重心部などの位置と角度の画像認識データを画像認識演算部３４から取得して電子部品搭載機１０の主制御部３８に転送する。チップ部品の場合は形状比較部３５の判定結果がOKであれば重心部の位置と角度の画像認識データを画像認識演算部３４から取得して電子部品搭載機１０の主制御部３８に転送する。形状比較部３５の判定結果がNGであれば照明切替部３７に照明切替の制御信号を転送するとともにCCDカメラに撮像信号を転送する。
【００２１】
照明切替部３７は制御部３６の制御信号に基づいて同軸照明部２３、下方照明部２５、サイド照明部２７のいずれかを作動させて照明したり、組合せ作動させて照明したり、照明の輝度を下げて作動させて照明したりさせる。
【００２２】
ここで、OKとNGに対する画像の状態を図５を参照して説明する。CCDカメラで撮像した画像はｍ×ｎのピクセルの２次元配列であり、各ピクセルはピクセル値を有し、一般的には０から２５５の値である。CCDに光が強くあたった部分のピクセル値は高く、弱くあたった部分のピクセル値は低くなる。図は白黒表示のためピクセル値を表現できないので、黒の多い部分をピクセル値の高い部分、黒の少ない部分をピクセル値の低い部分として表す。図５（ａ）において３２はチップ部品の画像、３１ははみ出したノズル下面の画像である。３１と３２は共にピクセル値の高い（黒が多い）部分である。この場合は３１と３２の区別ができず、３１と３２を合わせた部分をチップ部品として画像認識してしまうため、形状比較においてNGと判定される。図５（ｂ）において３１ははみ出したノズル下面の画像であるが、ピクセル値は低い（黒が少ない）部分となっている。３２のピクセル値高い（黒が多い）部分から３１の部分を区別することができるため、３２のみをチップ部品として画像認識できるので、形状比較においてOKと判定される。照明部を切り替えることにより図５（ｂ）のような画像を生成して画像認識することができる。
【００２３】
電子部品認識装置１５の構成は上記のように成り、以下その動作について説明する。まず搭載ヘッド部１１は電子部品をノズルに吸着して電子部品が電子部品認識装置１５の上方（撮像位置）となるようにXY移動する。図４においてノズルに吸着した電子部品がチップ部品かどうかの分岐を行う（ＳＴ１）。チップ部品でなければ同軸照明部を動作させて光を照射して電子部品を撮像する（ＳＴ９）。画像認識処理により電子部品の電極、エッジ部あるいは重心部などの位置と角度の画像認識データを電子部品搭載機１０の主制御部３８に転送する（ＳＴ１１）。
【００２４】
チップ部品であれば下方照明部を動作させて光を照射してチップ部品を撮像する（ＳＴ２）。画像認識処理によりノズルが画像として取り込まれていないかの判定を行うための形状比較用データを生成する（ＳＴ３）。次に、形状が許容するものであるかどうかの分岐を行う（ＳＴ４）。形状が許容するものであればチップ部品の重心部位置と角度の画像認識データを電子部品搭載機１０の主制御部３８に転送する（ＳＴ１１）。
【００２５】
形状が許容しないものであればサイド照明部を動作させて光を照射してチップ部品を撮像する（ＳＴ５）。画像認識処理によりノズルが画像として取り込まれていないかの判定を行うための形状比較用データを生成する（ＳＴ６）。次に、形状が許容するものであるかどうかの分岐を行う（ＳＴ７）。形状が許容するものであればチップ部品の重心部位置と角度の画像認識データを電子部品搭載機１０の主制御部３８に転送する（ＳＴ１１）。形状が許容しないものであればエラーを電子部品搭載機１０の主制御部３８に転送する（ＳＴ８）。
【００２６】
なおチップ部品の時、ＳＴ１からＳＴ２に進む前に下方照明とサイド照明の両方を作動させて光を照射してチップ部品を撮像し、画像認識処理によりノズルが画像として取り込まれていないかの判定を行うための形状比較用データを生成し、形状が許容するものであるかどうかの分岐を行う動作を挿入してもよい。
【００２７】
さらにＳＴ４からＳＴ５に進む前に下方照明を輝度が約１／２となるように作動させるとともにサイド照明を作動させて光を照射してチップ部品を撮像し、画像認識処理によりノズルが画像として取り込まれていないかの判定を行うための形状比較用データを生成し、形状が許容するものであるかどうかの分岐を行う動作を挿入してもよい。
【００２８】
なお、あらかじめ指定された部品とはノズルの外形と部品のサイズの関係で指定されるものであり、チップ部品に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
他の利用分野として、レーザダイオードチップの外形認識を行い、サブマウントにレーザダイオードチップを位置決めして搭載するダイボンダーへの利用が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】電子部品認識装置が組み込まれた電子部品搭載機の斜視図である。
【図２】電子部品認識装置の照明手段を示す図である。
【図３】システム構成を示すブロック図である。
【図４】画像処理を利用した電子部品認識の動作を示すフローチャートである。
【図５】チップ部品とチップ部品を吸着したノズルのチップ部品からのはみ出し部分の画像図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  電子部品搭載機
１１  搭載ヘッド部
１２  ＸＹ移送部
１３  基板搬送路
１４  電子部品供給装置
１５  電子部品認識装置
１８  あらかじめ指定された部品（例えばチップ部品）
１９  基板
２０  照明手段
２３  同軸照明部
２５  下方照明部
２７  サイド照明部
２９  ＣＣＤカメラ
３１  Ａ／Ｄ変換部
３２  画像記憶部
３３  抽出データ記憶部
３４  画像認識演算部
３５  形状比較部
３６  制御部
３７  照明切替部
３８  主制御部
【図１】
2005183643.tif 000003
【図２】
2005183643.tif 000004
【図３】
2005183643.tif 000005
【図４】
2005183643.tif 000006
【図５】
2005183643.tif 000007