JP2001209792A

JP2001209792A - 部品位置検出方法、部品位置検出装置、部品データ格納方法及びその装置

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Publication number: JP2001209792A
Application number: JP2000015193A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Ogura; 豊小倉; Kazunori Yamada; 山田　　和範; Yoshiaki Abe; 好晃安部; Yoshihiko Yokose; 仁彦横瀬
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2000-01-25
Filing date: 2000-01-25
Publication date: 2001-08-03
Anticipated expiration: 2020-01-25
Also published as: JP4614487B2

Abstract

(57)【要約】【課題】種々の部品を高い信頼性をもって認識するこ
とができる部品位置検出方法及び装置を提供する。【解決手段】実装機において搭載される部品の所定部
位３０ａ、３１ａ、ないし特徴のある部位３２ａ〜３２
ｃをエレメントとし、異なるエレメントごとにエレメン
トの集合であるエレメントグループを複数作成し、各エ
レメントグループの位置情報に基づき部品位置を検出す
る。このような構成では、形状が異なる電極が複数種々
に存在する部品でも高精度で部品位置決めが可能にな
る。また、電極形状が種々に異なる部品あるいは電極グ
ループが複数存在する部品でも、効率的にしかも簡単に
部品データを記述することが可能になるとともに、エレ
メント、エレメントグループを他の部品と共有すること
ができるので、部品データを格納するメモリの容量を減
少させることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、実装機において実
装する部品の部品位置検出方法、部品位置検出装置、並
びに部品位置検出用の部品データ格納方法及びその装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、実装機において部品の位置決めを
行う際、電子部品をＣＣＤカメラなどの撮像装置などで
画像データを取得し画像処理を行い精度良く電子部品を
実装していた。例えば図１（Ａ）に示すようなコネクタ
１、図１（Ｃ）に示すようなＱＦＰ２（ＱｕａｄＦｌａ
ｔＰａｃｋａｇｅ）などは、部品外形サイズ、リード１
ａの本数、リード長さ、リードピッチ、リード幅情報な
どを、また、図１（Ｂ）に示すＢＧＡ３（ＢａｌｌＧｒ
ｉｄＡｒｒａｙ）はボール３ａの直径、ボールピッチ、
ボール配列、ボール配置情報、ボール数などを部品デー
タを生成する際に設定し、この情報を元に画像認識装置
は部品の位置決めを行っていた。そして、従来、電子部
品は上記に示されるように定型的な形状をしており、画
像処理装置における部品認識方法はコネクタ１、ＱＦＰ
２、ＢＧＡ３などの分類に応じて認識処理を実行してい
た。

【０００３】例えば、図１（Ａ）に示すようなコネクタ
１はまず、実装機の吸着ノズルによりその中央部が吸着
され、撮像装置部に移動し、部品のイメージが撮像さ
れ、その画像データが画像処理部に送られ、画像処理さ
れている。そして、認識すべきリード１ａの位置は、図
１（Ｄ）に示すように外周から順次画像データを走査
し、全ての辺においてリード１ａが存在するであろうと
思われる位置を検出する。このような操作により部品の
外接接線１ｂを求め、これを縦横共に２等分し、各辺毎
にリード検出領域としておおまかな設定を行っている。
そして、リード１ａの本数分の中心位置をエッジ検出を
するなどし、各々のリードの中心位置を検出し、各辺の
中心を算出することにより部品の中心位置を検出してい
た。また、図１（Ｂ）に示されるようなＢＧＡ３は、特
開平９−２９６５０６で示されるように電極の配列情報
を基に個々の電極が存在するであろう領域を計算し各電
極を認識していた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
部品認識における部品認識方法では例えばリード部品に
おいては各辺のリードは、リード本数が登録されてお
り、リードピッチ、リード長さ、リード幅が同一で、リ
ード以外には何もないという前提にて部品を認識してい
た。つまり、規則的に配置される電極グループが１グル
ープで、配置されている方向も上下左右などのように限
定された条件にて認識していた。

【０００５】また、半田ボールが電極として配置される
エリアアレイ部品はボールの直径、縦横方向に配置され
るピッチ、配置される配列、配置情報、ボールの総数を
登録し認識していた。したがって、図２（Ａ）、
（Ｂ）、（Ｃ）に示すようなコネクタ４、５、６あるい
は図２（Ｄ）に示すエリアアレイ部品７などのように複
数の電極グループが存在し、その電極グループの位置関
係が明確に定義されない部品は認識困難になるという問
題点があった。また、電極がグループとしてではなく個
々に大きさ、形状が異なると同様に認識困難になるとい
う問題点があった。また、図２（Ｂ）に示すようにリー
ドの先端形状が矩形ではなく、Ｖ字カット５ａ、テーパ
形状５ｂ、また、先端部コーナー５ｃにＲが存在する場
合、あるいは通常の電極のリード５ｄの先端を検出する
際、矩形のリード５ｄを前提として認識を行うと先端部
の画像データが異なると明らかに検出精度が異なるとい
う問題点もあった。

【０００６】以上のように部品の電極形状が異なる組み
合わせの部品や電極グループが複数となる組み合わせの
部品認識が非常に困難であるという問題点があった。

【０００７】したがって、本発明は、このような問題点
を解決するためになされたもので、種々の部品を高い信
頼性をもって認識することが可能な部品位置検出方法及
び装置、並びに部品データ格納方法とその装置を提供す
ることをその課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】以上の課題を解決するた
めに、本発明では、実装機において搭載される部品の所
定部位ないし特徴のある部位をエレメントとし、異なる
エレメントごとにエレメントの集合であるエレメントグ
ループを作成し、各エレメントグループの位置情報に基
づき部品位置を検出する構成を採用している。

【０００９】また、本発明では、実装機において搭載さ
れる部品の所定部位ないし特徴のある部位をエレメント
とし、異なるエレメントごとに作成されたエレメントの
集合であるエレメントグループをリンク構造で結合して
記述される部品データを格納したデータ格納手段と、各
エレメントグループの位置情報に基づき部品位置を検出
する手段とを有する構成も採用している。

【００１０】また、本発明の部品データ格納方法及び装
置では、実装機において搭載される部品の所定部位ない
し特徴のある部位をエレメントとし、異なるエレメント
ごとにエレメントの集合であるエレメントグループを作
成し、作成されたエレメントグループをリンク構造で結
合し部品データとして格納する構成も採用している。

【００１１】以上のような構成を有する本発明では、形
状が異なる電極が複数種々に存在する部品でも高精度で
部品位置決めが可能になる。また、電極形状が種々に異
なる部品あるいは電極グループが複数存在する部品で
も、効率的にしかも簡単に部品データを記述することが
可能になるとともに、エレメント、エレメントグループ
を他の部品と共有することができるので、部品データを
格納するメモリの容量を顕著に減少させることができ
る。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、図面に示す実施の形態に基
づいて本発明を詳細に説明する。

【００１３】本発明は、実装機において認識対象となる
部品の電極形状、電極グループ情報、部品の外形形状情
報、部品に設定される基準位置マークの情報、幾何学的
形状を記述することが困難な部位の情報を任意の組み合
わせにて定義し、任意の認識手法にて部品の中心位置、
傾きを計算し、かつ、設定した部品情報に対し異常があ
る部品はエラーを発生させるものであり、実装機が本発
明による部品データ管理情報、認識方法を有することに
より任意の特徴ある部位の組み合わせで構成される異型
部品を高い信頼性にて搭載することができる。

【００１４】図３には、本発明の一実施形態に係わる部
品位置検出装置が図示されている。同図において符号１
１で示すものは電子部品で、この電子部品１１は部品供
給部（不図示）から供給され、吸着ノズル１２により吸
着される。部品の吸着姿勢を認識するために、電子部品
１１は４面にそれぞれ多数の照明ランプ１３ａ、１３
ｂ、１３ｃを備えた照明装置１３により照明され、撮影
レンズ１４を備えた撮像カメラ（ＣＣＤカメラなど）１
５で撮像され、画像入力が行なわれる。

【００１５】撮像カメラ１５で撮像された電子部品の画
像は、画像処理装置１７のＣＰＵ１８の制御の元にＡ／
Ｄコンバータ１９を介してデジタル信号に変換され、画
像メモリ２０に格納される。また画像処理装置１７に
は、上述するように部品外形サイズ、エレメント、エレ
メントグループなど部品データを格納したメモリ２３が
設けられる。ＣＰＵ１８は、メモリ２３に格納された部
品データに基づき画像メモリ２０に取り込まれた部品の
画像を認識し、部品中心と吸着中心のずれや部品の吸着
傾きなどを演算する。また、画像処理装置１７には、テ
ンプレートメモリ２１が設けられ、このテンプレートメ
モリには、部品外形サイズ、リードの本数、リード長
さ、リードピッチ、リード幅情報などの部品データに基
づいて形成されたテンプレートが格納され、テンプレー
トマッチングにより部品の概略位置を検出できるように
なっている。さらに、画像処理装置１７には、モニタ２
２が接続されており、入力画像あるいは処理画像を表示
できるようになっている。

【００１６】本発明では、部品を以下のように表現す
る。属性を設定した電極、位置決め可能なマークあるい
はその他特徴のある部位を最小構成単位要素（以下エレ
メントと記述）として扱い、このエレメントとその配置
情報などを属性としたエレメントの集合（以下エレメン
トグループと記述）を設定し、また、このエレメントグ
ループをリンク構造で結合し、さらに部品のサイズなど
の属性情報から一個の部品データを記述し設定する。

【００１７】例えば、図４（Ａ）に示されるようなコネ
クタ３０は、リード３０ａをエレメントとし長さｈ、幅
ｖ、形状（矩形）などの属性を記述しエレメント（１）
として定義する。また、エレメント（１）から構成され
るピッチＰ１、リード本数４などの属性を記述したエレ
メント（１）の集合である電極グループをエレメントグ
ループ（１）、ピッチＰ２、リード本数４などの属性を
記述したエレメント（１）の集合である電極グループを
エレメントグル一プ（２）として定義する。そして、エ
レメントグループ内に記述されるロケーション情報（部
品の中心を原点とした座標軸上における各エレメントグ
ループの始点エレメント先端位置座標）や部品の属性情
報により部品データを構成する。

【００１８】また、図４（Ｂ）に示されるような半田ボ
ールを電極とするエリアアレイ部品３１では半田ボール
３１ａをエレメントとし直径ｄ、形状：球などの属性を
記述しエレメント（１）として定義する。また、エレメ
ント（１）から構成される水平方向のボール間ピッチＨ
ｐ１、垂直方向ピッチＶｐ１、ボール配列５×４、配置
情報、ボール数１４などの属性を記述したエレメント
（１）の集合である電極グループをエレメントグループ
（１）、水平方向のボール間ピッチＨｐ２、垂直方向ピ
ッチＶｐ２、ボール配列２×２、配置情報、ボール数４
などの属性を記述したエレメント（１）の集合である電
極グループをエレメントグループ（２）として定義す
る。そして、リード部品同様にエレメントグループ内に
記述されるロケーション情報（部品の中心を原点とした
座標軸上における各エレメントグループの始点エレメン
ト先端位置座標）や部品の属性情報により部品データを
構成する。

【００１９】図４（Ａ）、（Ｂ）で示される各エレメン
トはそれぞれ電極を示したが、これ以外でも部品の特徴
ある形状、例えばコーナー、辺などをエレメントとして
も表すことは可能であり、また、基準マーク、例えば丸
印、四角印、三角印などをエレメントとして表すことも
可能である。また、形状を記述することが困難な部分の
イメージデータをエレメントとして扱うことも可能であ
る。例えば、図４（Ｃ）に示すような部品３２において
は電極３２ａ、コーナー３２ｂ、基準マーク（正方形）
３２ｃ、形状を記述することが困難な部分の画像データ
３２ｄを上記に示すようにエレメントとして定義し、各
々のエレメントの集合をエレメントグループとして定義
し、エレメントグループ内に記述されるロケーション情
報（部品の中心を原点とした座標軸上における各エレメ
ントグループの始点エレメント先端位置座標）などの部
品の属性情報により部品データを構成する。

【００２０】また、図２（Ｂ）に示すような部品５で
は、Ｖ字カット５ａ、テーパ形状５ｂ、また、先端部コ
ーナー５ｃにＲが存在する電極並びに通常の電極５ｄが
それぞれエレメントとなり、それぞれ４つのエレメント
グループが形成される。

【００２１】以上のように部品を表す情報を最小構成単
位要素のエレメントとエレメントから構成される構成要
素の集合であるエレメントグループを個々に定義し、図
５に示すようなリンク構造にて各部品情報を生成するこ
とにより様々な組み合わせにて部品データを記述するこ
とができる。そして、様々な形状の部品をこのように表
現することができるため形状毎の認識アルゴリズムを準
備することにより容易にかつ高信頼性で部品の位置決め
をすることが可能となる。

【００２２】図５には、上記のようにエレメント並びに
エレメントグループを用いて記述される部品データの構
造が図示されている。部品データ４０は部品ＩＤ部４０
ａ、外形サイズなどの情報部４０ｂ、形状情報リンク部
４０ｃからなっており、形状情報リンク部４０ｃは「リ
ード」、「ボール」、「外形」、「マーク」、「画像」
など部品の所定部位ないし特徴部位の項目からなってい
る。各部位は、その部位を構成する最小構成単位要素の
エレメントを有しており、そのエレメントのデータ４１
は、エレメントの識別番号であるＩＤ、その形状および
サイズから構成されている。また、エレメントから構成
される構成要素の集合であるエレメントグループが個々
に定義され、そのデータ４２は、エレメントグループを
識別するＩＤ、そのグループを構成するエレメントＩ
Ｄ、そのエレメントの数、ならびに位置情報などから構
成されている。部品の所定部位ないし特徴部位は、部品
を構成するエレメントグループ数と、そのグループのリ
ンク構成４０ｄ〜４０ｅなど属性情報が記述されてお
り、各リンクにはエレメントグループＩＤが付されてい
るので、そのグループＩＤのあるエレメントグループデ
ータ４２を引用することで、部品のすべての特定部位な
いし特徴部位を関連するエレメントグループのリンク結
合で記述することが可能になる。また、画像データ（図
４（Ｃ）の３２ｄなど）も同様に画像データＩＤ４３を
設けることにより、エレメントグループのリンク形式で
記述することが可能になる。

【００２３】部品認識は、エレメントグループが定義さ
れている順に各エレメントグループのエレメントを検出
し、これらの平均より各エレメントグループの中心、傾
きを計算する。このように部品に定義される全てのエレ
メントグループの中心位置、傾きから部品の中心、傾き
を計算する。各エレメントグループの中心位置と部品の
中心位置の関係はエレメントグループの属性情報の位置
情報を参照し各エレメントグループの中心位置から部品
中心位置を計算する。傾きはエレメントグループ内のエ
レメントが複数存在する場合はその位置情報から回帰直
線などを用いて計算する。

【００２４】このような部品認識が実装機（マウンタ
ー）にて実行される流れが図７に図示されている。ま
ず、ステップＳ１において、図３に示される画像処理装
置１７はマウンタメインコントローラー（不図示）より
図５に示すような部品に関するデータ４０を受け取り、
これを部品データ格納メモリ２３に格納する。マウンタ
ーの吸着ノズル１２が部品供給部（不図示）より電子部
品１１を吸着し、撮像カメラ１５の配置された部品検出
部に移動すると、マウンターのメインコントローラーは
照明装置１３を点灯させ、画像処理装置１７へ認識実行
指令を送出する。

【００２５】画像処理装置１７は認識実行指令を受け取
ると（ステップＳ２）、電子部品１１の画像データをＡ
／Ｄコンバーター１９を経由し、画像メモリ２０に格納
する。これら一連のコントロールはＣＰＵ１８が行う。
画像データの格納が終了すると、ＣＰＵ１８は部品デー
タ格納メモリ２３から図５に示されるような部品データ
４０を参照し、認識処理を実行する。例として図６
（Ａ）に示されるような３個のリード構成要素Ａ、Ｂ、
Ｃのエレメントを持つ部品５０は、エレメントグループ
５０ａ〜５０ｃを有しており、各々のエレメントグルー
プの属性情報中に部品中心からのエレメント位置情報
（Ｘａ、Ｙｂ）（Ｘｂ、Ｙｂ）（Ｘｃ、Ｙｃ）が格納さ
れているので、エレメントグループが記述されている順
に、本出願人の特願平１１−０３３５９５に示される方
式にてエレメントグループ内の各エレメントを認識する
（ステップＳ３）。全エレメントが正常認識されない場
合は（ステップＳ４の否定）、部品に欠陥があるのでエ
ラー通知して（ステップＳ５）、処理を終了する。

【００２６】一方、全エレメントが正常に認識された場
合は（ステップＳ４の肯定）、そのエレメントグループ
の電極パターン（エレメント）の電極座標を計算するこ
とによりエレメントグループの中心位置が計算され、ま
た各電極座標から回帰直線を求めることによりエレメン
トグループの傾きが計算される（ステップＳ６）。一つ
のエレメントグループに対して上記処理が終了した場合
は、ステップＳ７ですべてのエレメントグループに対し
てその中心と傾きが計算されるまで上記処理が繰り返さ
れる。

【００２７】このようにして、図６（Ｂ）に示したよう
に、エレメントグループ５０ａ〜５０ｃの中心位置（Ｘ
ｃａ、Ｙｃｂ）（Ｘｃｂ、Ｙｃｂ）（Ｘｃｃ、Ｙｃｃ）
が算出され、また各エレメントグループの傾きθａ、θ
ｂ、θｃが求められると、各エレメントグループの中心
位置座標からのベクトルの平均により部品中心が求めら
れ、またその傾きが各エレメントグループの傾きの平均
から求められ（ステップＳ８、Ｓ９）、その認識結果が
コントローラーに通知される（ステップＳ１０）。

【００２８】なお、例えば電極の形状がテーパ形状であ
る場合（図２（Ｂ）の電極５ｂなど）はこの部分の詳細
情報をエレメントの属性情報から参照し、上記特願平１
１−０３３５９５に示されるリード先端の不安定区間長
（α）と安定区間長（β）に設定し認識することにより
精密なリード検出が可能となる。

【００２９】同様に図２（Ｄ）に示されるような半田ボ
ールを電極とするエリアアレイ部品７も特願平１１−０
３３５９５に示される方式などを用い部品の中心、傾き
を求める。また、図４（Ｃ）に示されるような部品にお
いて電極以外の部分をエレメントグループとする部品の
特徴を記述することが困難な部分をエレメントとして登
録する例として、データ登録時に予め対象となる部位の
画像データを登録しておき、認識実行時はこれを部品デ
ータ格納メモリ２３から図３のテンプレートメモリ２１
に読み出し、テンプレートマッチングをＣＰＵ１８が実
行することによりエレメントグループの位置を検出する
ことができる。

【００３０】また、基準マーク検出は、特開平５−１４
３７３９に示されるようにマークのモデルを生成し各種
相関演算を用いパターンマッチングなどを行うことによ
りエレメントグループの位置を検出することができる。
また、コーナーなどの特徴はソーベルフィルターなどを
用いエッジ部を抽出し直行する交点を検出することによ
り位置を検出することが可能となり、図６（Ｂ）の部品
中心、傾き検出同様に各エレメントグループの位置から
部品の中心、複数のエレメントグループの位置から傾き
を計算する。

【００３１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、部品
の所定部位ないし特徴のある部位をエレメントとし、異
なるエレメントごとにエレメントの集合であるエレメン
トグループを作成し、各エレメントグループの位置情報
に基づき部品位置を検出するようにしているので、形状
が異なる電極が複数種々に存在する部品でも高精度で部
品位置決めが可能になる。

【００３２】また、本発明では、部品の電極や位置決め
可能なマーク、特徴のある部位をエレメントとして登録
し、またエレメントの集合をエレメントグループとして
登録し、個々の部品はこれらの情報をリンク構造にて結
合して部品データとしているので、電極形状が種々に異
なる部品あるいは電極グループが複数存在する部品で
も、効率的にしかも簡単に部品データを記述することが
可能になるとともに、エレメント、エレメントグループ
を他の部品と共有することができるので、部品データを
格納するメモリの容量を減少させることができる。

【００３３】また、本発明では、部品の電極の形状が異
なる場合、例えば、リード電極の場合、矩形、テーパ形
状、先端Ｕ字カット、先端Ｖ字カットなどが異なる場
合、異なる形状ごとにエレメントとすることにより、精
密な電極認識が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】種々の電子部品の形状並びにその位置を検出す
る方法を示す説明図である。

【図２】種々の電子部品の形状を示す説明図である。

【図３】本発明による部品位置検出装置の構成を示す構
成図である。

【図４】部品をエレメント並びにその集合であるエレメ
ントグループとして記述する方法を説明した説明図であ
る。

【図５】エレメント並びにその集合であるエレメントグ
ループとして記述された部品データの構造を示す説明図
である。

【図６】エレメントグループに基づいて部品位置を検出
する方法を説明した説明図である。

【図７】部品位置検出の流れを示すフローチャート図で
ある。

【符号の説明】

１１電子部品１２吸着ノズル１５撮像カメラ１７画像処理装置２３部品データ格納メモリ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者安部好晃東京都調布市国領町８丁目２番地の１ジューキ株式会社内 (72)発明者横瀬仁彦東京都調布市国領町８丁目２番地の１ジューキ株式会社内Ｆターム(参考） 2F065 AA03 AA17 AA37 BB27 CC25 CC27 DD07 FF04 GG15 JJ03 JJ26 PP11 QQ03 QQ21 QQ24 QQ31 SS13 5B057 AA02 BA02 BA19 CH11 DA02 DA07 DA08 DB02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】実装機において搭載される部品の所定部
位ないし特徴のある部位をエレメントとし、異なるエレメントごとにエレメントの集合であるエレメ
ントグループを作成し、各エレメントグループの位置情報に基づき部品位置を検
出することを特徴とする部品位置検出方法。
【請求項２】前記所定部位ないし特徴のある部位が、
部品の電極、位置決めマークあるいは特徴のある部位の
画像であることを特徴とする請求項１に記載の部品位置
検出方法。
【請求項３】前記エレメントグループ内の各エレメン
トを検出してエレメントグループの中心並びに傾きを算
出し、算出されたエレメントグループの中心並びに傾き
から部品の中心と傾きを算出することを特徴とする請求
項１又は２に記載の部品位置検出方法。
【請求項４】実装機において搭載される部品の所定部
位ないし特徴のある部位をエレメントとし、異なるエレ
メントごとに作成されたエレメントの集合であるエレメ
ントグループをリンク構造で結合して記述される部品デ
ータを格納したデータ格納手段と、各エレメントグループの位置情報に基づき部品位置を検
出する手段と、を有することを特徴とする部品位置検出装置。
【請求項５】前記所定部位ないし特徴のある部位が、
部品の電極、位置決めマークあるいは特徴のある部位の
画像であることを特徴とする請求項４に記載の部品位置
検出装置。
【請求項６】前記エレメントグループ内の各エレメン
トを検出してエレメントグループの中心並びに傾きを算
出し、算出されたエレメントグループの中心並びに傾き
から部品の中心と傾きを算出することを特徴とする請求
項４又は５に記載の部品位置検出装置。
【請求項７】実装機において搭載される部品の所定部
位ないし特徴のある部位をエレメントとし、異なるエレメントごとにエレメントの集合であるエレメ
ントグループを作成し、作成されたエレメントグループをリンク構造で結合し部
品データとして格納することを特徴とする部品データ格
納方法。
【請求項８】実装機において搭載される部品の所定部
位ないし特徴のある部位をエレメントとし、異なるエレ
メントごとに作成されたエレメントの集合であるエレメ
ントグループをリンク構造で結合し部品データとして格
納することを特徴とする部品データ格納装置。