(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着ノズルに保持された電子部品を撮像して得られた画像を登録マスター画像とパターンマッチングさせることにより電子部品の形状と位置を認識する画像認識方法であって、複数種類の電子部品について共通な部分形状の特徴部である電子部品のコーナ部やリード先端部のパターンを共通部分マスター画像として予め作成しておき、共通部分マスター画像に基づいて前記登録マスター画像を構成するものであり、且つ前記登録マスター画像は共通部分マスター画像を組み合わせて構成され、且つ各共通部分マスター画像相互の配列位置は部品データ記憶部に記憶された部品データより得られる電子部品の寸法データにより決定されることを特徴とする画像認識方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品を撮像して得られた画像を登録マスター画像とパターンマッチングさせることにより電子部品の形状と位置を特定する画像認識方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子部品の実装装置や組立装置などにおける位置決めの方法として画像認識が広く用いられている。この画像認識による位置決め方法は、カメラにより撮像された認識対象の画像を予め登録された登録マスター画像とマッチングさせることにより、電子部品の形状や位置を特定するものである。従来この登録マスター画像として、認識対象を正常状態で撮像して得られたマスター画像そのものが用いられていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで同一の画像認識装置の認識対象となる電子部品は多種類であり、形状やサイズは個々の電子部品によって異なる。このため、上記従来の画像認識方法では、登録マスター画像を電子部品の種類毎に画像認識装置に登録する必要があった。この登録作業は、個々の電子部品を撮像する操作や、得られた画像を作業者が目視により確認した後に画像認識装置に記憶させる操作などを含む煩雑な作業であり、多くの品種を対象としてこの登録作業を行う場合には、作業者への負荷が大きく多大の手間と時間を要していた。
【０００４】
そこで本発明は、マスター画像のティーチング作業を排して作業効率を向上させることができる画像認識方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の画像認識方法は、吸着ノズルに保持された電子部品を撮像して得られた画像を登録マスター画像とパターンマッチングさせることにより電子部品の形状と位置を認識する画像認識方法であって、複数種類の電子部品について共通な部分形状の特徴部である電子部品のコーナ部やリード先端部のパターンを共通部分マスター画像として予め作成しておき、共通部分マスター画像に基づいて前記登録マスター画像を構成するものであり、且つ前記登録マスター画像は共通部分マスター画像を組み合わせて構成され、且つ各共通部分マスター画像相互の配列位置は部品データ記憶部に記憶された部品データより得られる電子部品の寸法データにより決定されるようにした。
【０００８】
本発明によれば、複数の電子部品について共通な部分形状の特徴部のパターンを共通部分マスター画像として予め作成しておき、共通部分マスター画像に基づいてパターンマッチングに用いられる登録マスター画像を構成することにより、部品種類毎にマスター画像を登録するティーチング作業を排除して、作業効率を向上させることができる。
【０００９】
【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認識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認識方法の共通部分マスター画像を示す図、図４は本発明の一実施の形態の画像認識方法の登録マスター画像を示す図、図５は本発明の一実施の形態の画像認識方法におけるパターンマッチングの説明図である。
【００１０】
まず図１を参照して画像認識装置が組み込まれた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上面の両端部上にはＹ軸テーブル６Ａ，６Ｂが配設されており、Ｙ軸テーブル６Ａ，６Ｂ上には２台のＸ軸テーブル７Ａ，７Ｂが架設されている。Ｙ軸テーブル６Ａを駆動することにより、Ｘ軸テーブル７ＡがＹ方向に水平移動し、Ｙ軸テーブル６Ｂを駆動することにより、Ｘ軸テーブル７ＢがＹ方向に水平移動する。Ｘ軸テーブル７Ａ，７Ｂには、それぞれ移載ヘッド８および移載ヘッド８と一体的に移動するカメラ９が装着されている。
【００１１】
Ｙ軸テーブル６Ａ，Ｘ軸テーブル７Ａ，Ｙ軸テーブル６Ｂ，Ｘ軸テーブル７Ｂをそれぞれ組み合わせて駆動することにより移載ヘッド８は水平移動し、それぞれの部品供給部４から電子部品を吸着ノズル１０（図２参照）によってピックアップし、搬送路２に位置決めされた基板３上に実装する。基板３上に移動したカメラ９は、基板３を撮像して認識する。また基板３上の部品供給部４から搬送路２に至る経路には、カメラ１１が配設されている。カメラ１１は、それぞれの移載ヘッド８に保持された状態の電子部品を下方から撮像する。
【００１２】
次に図２を参照して、画像認識装置の構成を説明する。図２においてカメラ１１は吸着ノズル１０に保持された状態の電子部品Ｐを下方から撮像する。このとき下方から照明光が照射され、この照明光が吸着ノズル１０に備えられた照明板で下方に反射された透過照明光により、カメラ１１は背景部分を明像とし電子部品Ｐを暗像とする画像を撮像する。画像記憶部１２はカメラ１１により取り込まれデジタル変換された画像データを記憶する。部品データ記憶部１３は生産対象の基板に実装される電子部品の種類、形状・サイズなどのデータを記憶する。
【００１３】
共通部分パターン記憶部１４は、画像認識装置の認識対象となる複数の電子部品について、コーナ部やリード先端部など共通な部分形状の特徴部のパターン（共通部分パターン）を共通部分マスター画像として記憶する。登録パターン記憶部１５は、認識対象となる電子部品の形状や位置を特定するためのパターンマッチングにおいて参照パターンとして用いられる登録マスター画像を記憶する。この登録マスター画像は、共通部分マスター画像に基づいて構成される。
【００１４】
ＣＰＵ１６は演算部であり、プログラム記憶部１７に記憶されたプログラムに従い、各種の演算、処理を行う。プログラム記憶部１７は、撮像動作や画像処理などの各種の動作・処理に必要なプログラムを記憶する。表示部１８はＣＲＴであり、カメラ１１によって撮像された画像の表示や、操作・入力時の案内画面の表示などを行う。操作・入力部１９はキーボード、タッチパネル、ポインティングデバイス等で構成されており、操作コマンドや各種データの入力を行う。
【００１５】
次に図３を参照して、パターンマッチングに用いられる共通部分パターン（共通部分マスター画像）について説明する。共通部分パターンは、認識対象となる電子部品の特徴部のうち、複数の電子部品について共通となる部分的な形状パターンを、共通部分パターンとして抽出したものである。図３（ａ），（ｂ）は、チップ部品などの矩形電子部品の特徴部である直角のコーナ部のパターン２０Ａ、リード型電子部品の特徴部であるリード先端部のパターン２０Ｂをそれぞれ示している。
【００１６】
パターン２０Ａは、パターンマッチングに際して参照エリアとなるパターン枠２１内に、直交するエッジ線２２，２３によって区分される暗部２４を有している。パターンマッチングに際しては、認識対象の電子部品のコーナ部近傍の画像とパターン枠２１とをパターンマッチさせ、暗部２４と電子部品の画像中の暗部とが最も一致した状態、すなわちパターン２０Ａのエッジ線２２，２３が、画像中の電子部品の２つのエッジに一致した状態におけるパターン枠２１の位置によって、電子部品のコーナ部が特定される。
【００１７】
パターン２０Ｂは、パターン枠２５内に検出対象とするリードの幅に対応して設定された幅Ｗの矩形状の暗部２８を有しており、暗部２８の端部はエッジ線２６によって区分され、暗部２８の幅Ｗ方向の中心には中心線２７が設定されている。パターンマッチングに際しては、検出対象の電子部品のリード先端部近傍の画像とパターン枠２５とをパターンマッチさせ、暗部２８と電子部品の画像中のリードを示す暗部とが最も一致した状態、すなわちパターン２０Ｂのエッジ線２６が、画像中のリードの先端部に一致し、かつリードの中心が中心線２７に一致した状態におけるパターン枠２５の位置によって、電子部品のリード先端部が特定される。
【００１８】
なお上記では、暗部２８の幅Ｗが認識対象とするリードの幅に応じて設定される例を示しているが、幅Ｗを認識対象に拘わらず一定とすることも可能である。この場合には、暗部２８内の輝度分布を、中心線２７の位置において最も輝度が低く中心線２７から幅Ｗ方向の両側に向かって徐々に輝度が上昇する輝度パターンに設定する。これにより、パターンマッチングにおいては、対象となるリードの幅に拘わらず、最大のマッチング率を得た状態で常に中心線２７がリードの幅中心に一致するようなマッチング結果を得ることができる。
【００１９】
また上記例では、透過照明光によって電子部品の部分を暗像とした画像を得る場合について説明しているが、これと逆に電子部品を明像として画像を取得する場合であってもよい。この場合には、上記パターン２０Ａ，２０Ｂの暗部とそれ以外の部分との明暗を反転させたパターンを作成すればよい。
【００２０】
次に図４を参照して、共通部分マスター画像である上記共通部分パターンを組み合わせて構成される登録マスター画像について説明する。図４（ａ），（ｂ），（ｃ）は、チップ型の電子部品Ｐａ、パワートランジスタなどのリード型の電子部品Ｐｂ、ミニトランジスタなどの小型リード型の電子部品Ｐｃをそれぞれ認識対象とするパターンマッチングにおいて用いられる登録マスター画像３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃを示している。
【００２１】
登録マスター画像３０Ａは、上述のコーナ検出用のパターンを４つ、すなわちパターン２０Ａと、パターン２０Ａを平面内でそれぞれ時計方向に９０度，１８０度，２７０度回転した３つのパターン２０Ａ（Ｒ１），２０Ａ（Ｒ２），２０Ａ（Ｒ３）とを組み合わせて構成される。この組み合わせにおいて、各パターン相互の配列位置は、それぞれのパターンのエッジ線２２，２３（図３（ａ）参照）相互間の寸法を、部品データより得られる電子部品Ｐａの寸法データａ，ｂに基づいて合わせることにより決定される。
【００２２】
登録マスター画像３０Ｂは、２つのコーナ検出用のパターン２０Ａ，２０Ａ（Ｒ３）と、２つのリード検出用のパターン２０Ｂ，２０Ｂ（Ｒ１）の組み合わせにより構成される。パターン２０Ｂ（Ｒ１）は、パターン２０Ｂを時計方向に９０度回転させたパターンである。この場合には、各パターン相互の配列位置は、部品データより得られる電子部品Ｐｂの寸法データｃ，ｄ，ｅに基づいて決定される。また、登録マスター画像３０Ｃは、パターン２０を２７０度回転して得られるパターン２０Ｂ（Ｒ３）と、２つのパターン２０Ｂ（Ｒ１）の組み合わせによって構成され、この例では、部品データｆ，ｇに基づいて各パターン相互の配列位置が決定される。
【００２３】
このようにして作成された登録マスター画像を用いた画像認識処理について説明する。図示しない照明手段により下方から照明された状態で、認識対象となる電子部品Ｐを保持した移載ヘッド８がカメラ１１の上方を移動することにより、電子部品Ｐの画像が取得される。そしてこの画像を登録マスター画像とパターンマッチングさせることにより、認識対象の電子部品の位置が特定される。
【００２４】
図５は、チップ型の電子部品Ｐａを認識対象として、登録マスター画像３０Ａを用いてパターンマッチングを行う例を示している。図５（ａ）に示すように、登録マスター画像３０Ａを構成する各パターンのパターン枠内を参照エリアとして、取得画像上における参照位置をスキップしながら、登録マスター画像３０Ａと取得画像とのパターンマッチングを行う。そして最も高いマッチング率を得る参照位置を見いだしたならば、その参照位置における各パターンのエッジ線２２，２３によって囲まれる領域を検出する。
【００２５】
そして図５（ｂ）に示すように、このようにして求められた領域を認識対象の電子部品Ｐａの形状、位置として出力する。これにより、カメラ１１の光学座標系上での電子部品Ｐａの位置および回転角度が特定される。この電子部品Ｐａの位置検出において、パターンマッチングに使用する登録パターン画像を電子部品の各種類に応じて登録するティーチングを行うことなく、予め作成された共通部分パターンを部品データに従って組み合わせるのみで作成することができる。
【００２６】
従って、従来の人手によるティーチング作業を伴う画像認識方法と比較して、作業効率を大幅に向上させることができるのみならず、ティーチング作業に際して不可避であった個人的な技量差によるばらつきを排除して、安定した画像認識結果を得ることができる。
【００２７】
なお上記実施の形態では、登録マスター画像として共通部分パターンを組み合わせた登録マスター画像、すなわち全体マスター画像をパターンマッチングにおける参照パターンとして用い、この全体マスター画像を取得画像とパターンマッチングさせる例を示したが、登録マスター画像として共通部分マスター画像をそのまま用いてもよい。
【００２８】
この方法では、取得画像をそれぞれの共通部分マスター画像と個別にパターンマッチングさせることにより、各共通部分マスター画像によって当該特徴部を特定し、これらの個別特定結果に基づき電子部品全体の位置を特定する。この方法によっても、各検出対象毎のティーチングを行う必要がなく、上述と同様の効果を得ることができる。
【００２９】
【発明の効果】
本発明によれば、複数の電子部品について共通な部分形状の特徴部のパターンを共通部分マスター画像として予め作成しておき、共通部分マスター画像に基づいてパターンマッチングに用いられる登録マスター画像を構成するようにしたので、部品種類毎にマスター画像を登録するティーチング作業を排除して、作業効率を向上させることができる。
【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認識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認識方法の共通部分マスター画像を示す図
【図４】本発明の一実施の形態の画像認識方法の登録マスター画像を示す図
【図５】本発明の一実施の形態の画像認識方法におけるパターンマッチングの説明図
【符号の説明】
１１  カメラ
１２  画像記憶部
１４  共通部分パターン記憶部
１５  登録パターン記憶部
Ｐ，Ｐａ，Ｐｂ，Ｐｃ  電子部品
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ  登録マスター画像
【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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