(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
撮像により取得された画像に基づいて認識対象物の有無を判定する画像認識装置であって、撮像対象を撮像して画像を取り込む撮像手段と、撮像対象を照明する照明手段と、この照明手段の照明制御部に照明指令値であるランプ値を出力する照明指令手段と、撮像により得られた画像の画像レベルを検出する画像レベル検出手段と、前記ランプ値を変化させたときの画像レベルを検出することによりランプ値と画像レベルとの相関関係を示す指令値・画像レベル特性を求める画像レベル特性検出手段と、前記認識対象物が存在する場合および存在しない場合の２通りの条件下で各ランプ値毎の画像レベルのレベル差を求めることにより認識対象物の有無判定に用いられるしきい値を決定する指令値・しきい値演算手段とを備えたことを特徴とする画像認識装置。
【請求項２】
撮像により取得された画像に基づいて認識対象物の有無を判定する画像認識方法であって、撮像時に撮像対象を照明する照明手段のランプ値を変化させたときの照明指令値であるランプ値と画像レベルとの相関関係を示す指令値・画像レベル特性を前記認識対象物が存在する場合および存在しない場合の２通りの条件下で求める工程と、各ランプ値毎に求められた画像レベルのレベル差から認識対象物の有無判定に用いられるしきい値を決定する工程と、最適照明指令値に従って前記照明手段を点灯した状態で撮像対象を撮像する工程と、撮像で得られた画像を画像処理し前記しきい値に基づいて認識対象物の有無を判定する工程とを含むことを特徴とする画像認識方法。
【請求項３】
前記認識対象物が存在する場合の画像レベルと存在しない場合の画像レベルとの間の最大レベル差を与える照明指令値を最適照明指令値とすることを特徴とする請求項２記載の画像認識方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワーク上のマークや電子部品などの認識対象物の有無を判定する画像認識装置および画像認識方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
基板に電子部品を実装する電子部品実装ラインなどの電子機器製造分野においては、基板などのワーク上のマークや電子部品などの認識対象物の有無を判定する画像認識が多用されている。例えば、電子部品実装ラインに設けられた基板検査ステーションで不良と判定された基板には、不良であることを示すバッドマークが所定部位に印加され、下流側の実装ステーションではこの部位を撮像してバッドマークの有無を判定することにより、当該基板が実装対象から除外されるべき不良基板であるか否かを判定する。
【０００３】
この画像認識は、マークが印加される所定部位を撮像して得られた画像を画像処理することにより、画像内の当該部位にマークに相当する部分、すなわち周囲から明瞭に区別される部分を検出することにより行われる。この検出には、一般に画像内の各画素毎に求めた輝度レベルを予め設定されたしきい値と比較する方法が用いられる。
【０００４】
ところで基板の種類は多様であり、材質によって表面の色彩や光沢が異なるとともに、印加されるマークの形状・サイズや色彩も種々異なっている。このため上述の画像認識を行う際には、取得画像上においてマークと周囲との輝度差を示すコントラストができるだけ大きくなるような照明条件を求め、この照明条件下で得られた画像上で上述の区別が正しく行えるようなしきい値を設定する必要がある。
【０００５】
従来より、この照明条件やしきい値は、各ワーク毎に作業者が個別に手作業により調整作業を行って設定していた。すなわち、基板上のマーク印加部位を撮像した画面をモニタ上に表示させ、手動調整によって照明条件を変化させながら目視によってマークと周囲とのコントラストが最大となる照明条件を探る作業を行い、この照明条件で得られた画像上でマーク部位と周囲との画像レベルを求めた後にしきい値を決定していた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この照明条件やしきい値の設定作業は上述のように手作業による煩雑な調整作業を必要とするものであることから、手間と時間を要して作業者への負担が大きいものであった。さらに調整作業は主に経験と勘に頼って行われていたため、作業者の熟練度によって設定結果の適否にばらつきが生じ易く、この結果安定した画像認識が行われずに誤判定を生じる場合があった。このように、従来の認識対象物の有無を判定する画像認識においては、条件設定時の作業者の作業負荷が大きいと共に、安定した認識結果が得られないという問題点があった。
【０００７】
そこで本発明は、条件設定時の作業者の作業負荷を軽減するとともに、安定した認識結果を得ることができる画像認識装置および画像認識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記載の画像認識装置は、撮像により取得された画像に基づいて認識対象物の有無を判定する画像認識装置であって、撮像対象を撮像して画像を取り込む撮像手段と、撮像対象を照明する照明手段と、この照明手段の照明制御部に照明指令値であるランプ値を出力する照明指令手段と、撮像により得られた画像の画像レベルを検出する画像レベル検出手段と、前記ランプ値を変化させたときの画像レベルを検出することによりランプ値と画像レベルとの相関関係を示す指令値・画像レベル特性を求める画像レベル特性検出手段と、前記認識対象物が存在する場合および存在しない場合の２通りの条件下で各ランプ値毎の画像レベルのレベル差を求めることにより認識対象物の有無判定に用いられるしきい値を決定する指令値・しきい値演算手段とを備えた。
【０００９】
請求項２記載の画像認識方法は、撮像により取得された画像に基づいて認識対象物の有無を判定する画像認識方法であって、撮像時に撮像対象を照明する照明手段のランプ値を変化させたときの照明指令値であるランプ値と画像レベルとの相関関係を示す指令値・画像レベル特性を前記認識対象物が存在する場合および存在しない場合の２通りの条件下で求める工程と、各ランプ値毎に求められた画像レベルのレベル差から認識対象物の有無判定に用いられるしきい値を決定する工程と、最適照明指令値に従って前記照明手段を点灯した状態で撮像対象を撮像する工程と、撮像で得られた画像を画像処理し前記しきい値に基づいて認識対象物の有無を判定する工程とを含む。
【００１０】
請求項３記載の画像認識方法は、請求項２記載の画像認識方法であって、前記認識対象物が存在する場合の画像レベルと存在しない場合の画像レベルとの間の最大レベル差を与える照明指令値を最適照明指令値とする。
【００１２】
本発明によれば、撮像時に撮像対象を照明する照明手段の照明光の照明特性を規定するランプ値を変化させたときのランプ値と画像レベルとの相関関係を示す指令値・画像レベル特性を前記認識対象物が存在する場合および存在しない場合の２通りの条件下で各ランプ値毎の画像レベルのレベル差を求めることにより認識対象物の有無判定に用いられるしきい値を決定することにより、手作業による調整を行うことなく最適照明指令値およびしきい値を適切に設定することができる。
【００１３】
【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認識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における最適照明指令値およびしきい値設定方法を示すグラフである。
【００１４】
まず図１を参照して電子部品実装装置の構造について説明する。図１において基台１の中央には、Ｘ方向に搬送路２が配設されている。搬送路２は基板３を搬送し電子部品の実装位置に位置決めする。搬送路２の両側方には、複数の電子部品の供給部４が配置されており、それぞれの供給部４には多数のテープフィーダ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電子部品を供給する。
【００１５】
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が装着されている。
【００１６】
移載ヘッド８は上記Ｘ，Ｙテーブル機構によって水平移動し、それぞれの供給部４から電子部品を図示しない吸着ノズル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。また移載ヘッド８に隣接して移載ヘッド８と一体的に移動するカメラ９が備えられている。移載ヘッド８を基板３上に移動させて、カメラ９で基板の所定位置を撮像することにより、カメラ９は基板３に印加された位置合わせマークやバッドマークなどのマークを認識する。
【００１７】
ここで基板３は、複数の単位基板３ａを集合させて１枚の基板を構成した多面取り基板である。各単位基板３ａの所定位置にはマーク位置３ｂが設定されており、上流の検査工程においてマーク位置３ｂにバッドマークＭが印加された単位基板については、不良品であると判断して以後の工程において部品の実装作業の対象外となる。この電子部品実装装置では、カメラ９によってマーク位置３ｂを撮像することにより、マーク位置３ｂ内におけるバッドマークＭの有無を検出する。
【００１８】
それぞれの供給部４から搬送路２に至る経路には、カメラ１０が配設されている。これらのカメラ１０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。そして移載ヘッド８による電子部品の搭載時には、撮像データを認識して得られた認識結果に基づいて位置補正が行われる。
【００１９】
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９は下方の撮像対象である基板３を撮像して画像に取り込む撮像手段であり、撮像時に基板３を照明する照明部１１（照明手段）を備えている。照明部１１はＬＥＤなどの光源を備え、照明制御部１２によって点灯される。照明制御部１２に照明指令部１３（照明指令手段）から照明指令値であるランプ値Ｉを出力することにより、照明部１１はランプ値Ｉに応じた光量で撮像対象を照明する。
【００２０】
カメラ９は画像認識部１４に接続されている。画像認識部１４は、画像記憶部１５，明るさ検出部１６，判定処理部１７を備えている。画像記憶部１５はカメラ９によって取得された画像データを記憶する。明るさ検出部１６は、画像記憶部１５に記憶された画像データに基づき、画像内の特定部位の明るさ（画像レベル）を検出する。従って明るさ検出部１６は、画像レベル検出手段となっている。
【００２１】
判定処理部１７は、画像記憶部１５に記憶された画像データに基づき、マーク位置３ｂ内の認識対象物であるバッドマークＭの有無を判定し、判定結果を電子部品実装装置の制御部に対し出力する。ここで判定処理に際しては、画像内でマーク位置３ｂ内の所定範囲の画像レベルを求め、求められた画像レベルをしきい値と比較することにより行われる。判定に用いられるしきい値は、ＣＰＵである演算部１８から指示される。演算部１８は、前述のように判定処理にためのしきい値を出力するとともに、照明指令部１３に対して撮像対象の基板品種毎にバッドマーク検出のための撮像における最適ランプ値（最適照明指令値）を出力する。
【００２２】
ここで、図３を参照して、これらの最適ランプ値および判定に用いられるしきい値を決定するために演算部１８によって行われる処理について説明する。この処理は、当該画像認識装置で認識対象の基板を実際に撮像して得られる画像データに基づいて、最適ランプ値および判定用のしきい値を求めるものであり、照明部１１の光源を交換して照明特性が変化した場合や、認識対象が異なる場合、すなわち品種切り替えなどによってバッドマークＭの大きさ、色彩、背景色などが変化した場合に行われる。
【００２３】
まずランプ値Ｉと画像レベル（明るさ）Ｌとの関係を求める。ここではカメラ９を基板３上の撮像位置に位置させ、マーク位置３ｂの画像を取得する。このとき、ランプ値Ｉを定ピッチで変化させ、それぞれのランプ値についてマーク位置３ｂ内に設定された抽出範囲の画素の平均輝度を求め、プロットする。この計測は、マーク位置３ｂ内にバッドマークＭが存在する場合および存在しない場合のそれぞれについて行われる。
【００２４】
すなわち、図３（ａ）に示すように、ランプ値−画像レベルの相関関係を示す特性曲線が、バッドマークＭが存在する場合（曲線Ｌ１）および存在しない場合（曲線Ｌ２）についてそれぞれ求められる。いずれの場合においても、ランプ値の増加につれて画像レベルも増大するが、ランプ値がある範囲を超えると画像レベルは上限レベルに収束する傾向にある。そしてこれらの特性は、画像認識装置と認識対象物との組み合わせで個々に異なったものとなる。
【００２５】
次に図３（ｂ）に示すように、バッドマークＭが存在する場合（曲線Ｌ１）および存在しない場合（曲線Ｌ２）におけるレベル差ΔＬを各ランプ値毎に計算する。そして計算結果より、最大のレベル差ΔＬＭを与えるランプ値を、最適ランプ値Ｉｏｐｔ．として求める。すなわち、バッドマークＭが存在する場合と存在しない場合とで、最もコントラストが明瞭となるようなランプ値を求める。この最適ランプ値Ｉｏｐｔ．は、照明指令部１３に送られる。
【００２６】
次に、判定用のしきい値を決定する。図３（ｃ）に示すように、最適ランプ値Ｉｏｐｔ．における曲線Ｌ１，Ｌ２のそれぞれのレベル値の中間値（好ましくはレベル差ΔＬＭの１／２に相当するレベル値）を、しきい値Ｌ（ＴＨ）として求める。求められたしきい値Ｌ（ＴＨ）は、判定処理部１７に送られる。
【００２７】
すなわち演算部１８は、照明指令値を変化させたときの画像レベルを検出することにより照明指令値と画像レベルとの相関関係を示す指令値・画像レベル特性を求める画像レベル特性検出手段であると共に、認識対象物が存在する場合および存在しない場合の２通りの条件下で求められた指令値・画像レベル特性に基づいて、撮像時の最適照明指令値および認識対象物の有無判定に用いられるしきい値を決定する指令値・しきい値演算手段となっている。
【００２８】
このような方法で最適ランプ値Ｉｏｐｔ．およびしきい値Ｌ（ＴＨ）を設定することにより、従来の作業者の経験と勘に依存する方法と比較して、設定作業を省力化できるとともに、設定結果に作業者間の個人差による設定結果のばらつきが発生せず、安定した画像認識結果を得ることが可能となっている。
【００２９】
画像認識装置によってバッドマークの検出を行う際には、当該基板に対応した最適ランプ値Ｉｏｐｔ．によって照明部１１を点灯し、この照明状態で基板３の撮像が行われる。そして取得画像を画像処理してバッドマークＭの有無を判定する際には、当該基板に対応したしきい値Ｌ（ＴＨ）が用いられる。これにより、バッドマークＭの有無のそれぞれの場合を対比したときに最も明瞭なコントラスト差を与える照明条件下で撮像が行われ、しかも判定に用いられるしきい値はいずれの側にも偏っていない適正値が用いられることから、安定した認識結果を得ることができる。
【００３０】
なお上記実施の形態では、照明部１１にＬＥＤ光源を使用した例において、照明指令値としてのランプ値によって照明の光量を変化させ、画像レベルとしての画像の明るさを検出する例を示したが、本発明はこれに限定されず、照明指令値として照明部の光量を示すランプ値以外の特性値を用いてもよい。例えば、光源として照明光の波長が調整可能な発光装置を用いる場合には、照明光の波長と画像レベルとの関係を検出することにより、最も明瞭なコントラストを与える波長域を最適波長域（最適照明指令値）として求める。
【００３１】
また上記実施の形態では、認識対象物として基板に印加されるマークを対象とした例を示したが、これ以外の対象物、例えば基板に実装された電子部品の有無や、電子部品に印加された極性マークなど、背景画像との画像レベルの対比において認識対象物の有無の判別が可能なものであれば、本発明を適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本発明によれば、撮像時に撮像対象を照明する照明手段の照明光の照明特性を規定するランプ値を変化させたときのランプ値と画像レベルとの相関関係を示す指令値・画像レベル特性を前記認識対象物が存在する場合および存在しない場合の２通りの条件下で各ランプ値毎の画像レベルのレベル差を求めることにより認識対象物の有無判定に用いられるしきい値を決定するようにしたので、手作業による調整を行うことなく最適照明指令値およびしきい値を適切に設定することができ、設定作業の省力化とともに、個人差によるばらつきのない安定した認識結果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認識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における最適照明指令値およびしきい値設定方法を示すグラフ
【符号の説明】
３  基板
３ｂ  マーク位置
９  カメラ
１１  照明部
１２  照明制御部
１３  照明指令部
１４  画像認識部
１６  明るさ検出部
１７  判定処理部
１８  演算部
Ｉ  ランプ値
Ｉｏｐｔ．  最適ランプ値
Ｌ  画像レベル（明るさ）
Ｌ（ＴＨ）  しきい値
Ｍ  バッドマーク
【図１】
0003832236.tif 000002
【図２】
0003832236.tif 000003
【図３】
0003832236.tif 000004