JP2005173845A - 部品認識装置 - Google Patents

Abstract

【課題】寸法精度、組み付け精度、位置関係精度が悪い部分がある部品でも、精度の高い部品認識ができる部品認識装置を提供する。
【解決手段】画像に対して、画像処理の対象とする処理領域Ｗと、画像処理の対象としたくない処理除外領域Ｗ１、Ｗ２が設定される。画像データのうち、処理領域内にあり、かつ処理除外領域以外の領域にある画像データに対して画像処理が行われる。このような構成では、画像処理したくない領域を選択することができるので、部品認識の精度を悪くする部分を、画像処理から除外することができ、部品認識精度を向上させることができる。また、画像処理の対象としたい領域が複雑であったり、あるいは多数指定しなければならないような部品に対して、単に処理除外領域を指定するだけで有効処理領域を簡単に設定することができ、画像処理領域の指定が簡略化される。
【選択図】図４

Description

本発明は、部品認識装置、更に詳細には、吸着された電子部品（以下、単に部品という）を撮像し、その画像を処理することにより部品の位置や吸着姿勢を認識する部品認識装置に関する。

従来、部品実装機においてプリント基板に部品を精度良く搭載するために、吸着ノズルにより吸着された部品をプリント基板に搭載する前にＣＣＤカメラなどの撮像装置により部品を撮像して部品中心や部品傾きを求め、吸着姿勢（部品中心と吸着中心のずれ並びに傾きのずれ）を計算しそれを補正することにより正確に部品をプリント基板に搭載している。このような部品実装機において、部品認識のために部品の画像を処理する場合、従来では、画像処理対象としたい領域を窓（ウィンドウ）として指定し、その領域内全体を対象として画像処理を行っており、例えば、放射状走査により外形輪郭を見つけ、その輪郭に関するデータを用いて部品の吸着姿勢を認識し部品認識を行っている（特許文献１）。

また、画像処理を行う場合、部品の輪郭データもテンプレートにして、パターンマッチングで部品の吸着姿勢を認識しており（特許文献２）、また２以上の特徴形状部分各々に対し設定されたウィンドウ内で該特徴形状部分についての輪郭を用いて部品の位置姿勢を認識したり（特許文献３）、複数個の特定部位の候補となる位置をテンプレートマッチングにより求め、それらの位置関係が適切なものを選択して、部品の位置姿勢を認識することも行われている（特許文献４）。

更に、禁止特徴形状パターンを使って、不正解パターン部を認識結果から外し、部品認識することも行われている（特許文献５）。
特開平１０−２１４１２号公報（請求項１、図４、図１４） 特開２００１−１２６０６９号公報（請求項１、図４） 特公平６−７９３２５号公報（特許請求の範囲） 特開平６−１８８５９６号公報（請求項１、図１） 特開２０００−２０７５５６号公報（請求項１、図１）

しかしながら、対象物の画像の所定の領域を窓で囲み、そこを画像処理領域とする方法をとる場合、対象物以外の窓内への写りこみや、対象物内の形状が不定な部分を避けるためには、画像処理の対象として使いたくない部分を避けながら、多数の窓を設定しなくてはならない。また、「対象物全体の形状をデータとして使いたいが、対象物の中央部はデータとしたくない」というような場合には、対応は困難である。

また、特許文献１のように、放射状走査により外形輪郭を見つけ、その輪郭に関するデータを用いて部品の位置姿勢を認識する場合、部品外形に寸法精度が出ていない部分があると、精度の高い認識はできなくなる。例えば、図５（Ａ）に示したように、部品４０に可動レバー４０ａが設けられている場合、可動レバーは移動可能なので、その輪郭まで認識すると、位置認識精度が悪くなる。また、図５（Ｂ）のように部品４１が樹脂ボディ４１ａを有すると、樹脂ボディが高精度で製造されていないことが多いことから、全体の輪郭で位置認識すると、認識精度が悪くなる。また、図５（Ｄ）に示したように、部品４３が曲げ板金４３ａを有すると、曲げ板金は寸法精度、取り付け精度が悪いので、同様に、全体の輪郭で認識すると、認識精度が悪くなる。

また、輪郭データもテンプレートにして、パターンマッチングで部品の位置姿勢を認識するような方法の場合も（特許文献２）、図５（Ａ）、（Ｂ）、（Ｄ）に示すように、部品外形に寸法精度が出ていない部分４０ａ、４１ａ、４３ａがあると、同様に精度の高い認識はできなくなる。

一方、２以上の特徴形状部分各々に対し設定されたウィンドウ内で該特徴形状部分についての輪郭を用いて部品の位置姿勢を認識する場合には（特許文献３）、部品外形に寸法精度が出ていない部分があっても、精度の出ている部分にウィンドウをかけて認識すれば認識精度は出せるが、より高精度に認識するには、数多くの部分にウィンドウをかけて認識しなければならず、その操作がオペレータに煩雑であるという問題がある。またそのせいで指定ミスの危険性が増し、認識精度が出ない場合が起きやすい。例えば、図５（Ｃ）に示したように、樹脂ボディ４２ａを有する部品４２に形状、長さの異なる不規則に配置された電極４２ｂが数多くある場合である。

また、複数個の特定部位の候補となる位置をテンプレートマッチングにより求め、それらの位置関係が適切なものを選択して、部品の位置姿勢を認識するような方式でも（特許文献４）、精度の出ている部分をテンプレートにして認識すれば、認識精度は出せるが、より高精度に認識するには、部品４２のような場合には、数多くの部分にウィンドウをかけて認識しなければならず、同じ問題が発生する。

更に、禁止特徴形状パターンを使って、不正解パターン部を認識結果から外す方法（特許文献５）の場合には、部品の部分形状パターンを見つける方法なので、より高精度に認識するには、同様に数多くの部分形状パターンを設定して認識しなければならず、部品４２のような部品を認識する場合には、その操作がオペレータに煩雑であり、同様な問題が起こる。

従って、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、外形、輪郭形状を使って部品の位置姿勢を認識する場合で、寸法精度、組み付け精度、位置関係精度が悪い部分がある部品でも、オペレータの操作が簡単で、精度の高い部品認識ができる部品認識装置を提供することをその課題とする。

本発明は、
部品の画像を入力し、画像中の対象領域を画像処理して部品認識する部品認識装置において、
部品を撮像する撮像装置と、
撮像された部品の画像データを処理する画像処理装置と、
画像のうち画像処理の対象とする処理領域と、画像処理の対象としたくない処理除外領域とを設定する設定手段とを備え、
画像データのうち、処理領域内にあり、かつ処理除外領域以外の領域にある画像データに対して画像処理を行って部品認識することを特徴とする。

本発明によれば、画像処理したくない領域を選択することができ、部品認識の精度を悪くする部分を、処理除外領域として指定しその部分を除外して画像処理することができるので、部品認識精度を向上させることができる。

また、本発明では、画像処理の対象としたい領域が複雑であったり、あるいは多数指定しなければならないような部品に対して、単に処理除外領域を指定するだけで有効処理領域を簡単に設定することができ、画像処理領域の指定が簡略化される。

本発明は、入力画像中の部品などの対象物をデータとして使用するために、対象物を囲む領域に窓をかける場合、窓内にデータとして使用したくない領域を設定できるもので、以下、図面に示す実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。

図１は、本発明が用いられる部品実装装置（部品実装機）の制御構成を示すブロック図であり、部品実装装置は、フィーダなどの部品供給装置（不図示）から供給される部品（電子部品）２０を吸着する吸着ノズル３ａを備えたヘッド部３を有している。このヘッド部３はＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭで構成されるコントローラ１０により駆動されるＸ軸モータ１１、Ｙ軸モータ１２により駆動されてＸＹ軸方向に移動可能に構成される。またヘッド部３は、部品吸着並びに部品搭載時にＺ軸モータ１３によってＺ軸方向に駆動されて昇降し、また吸着ノズル３ａはθ軸モータ１４によってノズル軸を中心に回転できるように構成される。

また、部品実装装置には、部品２０を撮像するＣＣＤカメラのようなレンズ５ａを備えた撮像装置５が配置され、ヘッド部３は、部品吸着後撮像装置５に移動して、照明装置１５により照明された部品２０が撮像装置５により撮像される。部品の撮影画像は、ＣＰＵ３１、Ａ／Ｄ変換器３２、ＲＡＭ３３、画像メモリ３４、部品データ格納メモリ３５などを備えた画像処理装置３０に入力される。画像処理装置３０は、設定された領域の画像を取り込んで画像処理し、部品中心と吸着中心の位置ずれ、また部品傾きを演算し、部品認識を実行する。コントローラ１０は、Ｘ軸、Ｙ軸、θ軸モータ１１、１２、１４を駆動するときこの位置ずれを補正し、搬送されてくる基板（不図示）に部品２０を搭載する。

また、部品実装装置には、部品データを入力するためのキーボード２１、マウス２２などの入力装置（設定手段）が設けられ、生成された部品データが、ハードディスク、フラッシュメモリなどで構成される記憶装置２３や画像処理装置３０内の部品データ格納メモリ３５に格納できるようになっている。部品データは、このように入力装置を介さず、部品実装装置に接続されたホストコンピュータ（不図示）から供給されるものを記憶装置２３や部品データ格納メモリ３５に格納しておくようにしてもよい。また、モニタ（表示手段）２４が設けられ、この画面には、部品データ、演算データや撮像装置５で撮像した部品画像が表示できるようになっている。

図２には、吸着ノズル３ａに吸着された部品２０が、照明装置１５により照明され、撮像装置５により撮像される状態が図示されている。撮像装置５は、設定された領域の画像を撮像し、撮像された画像は、信号線３０ａを介して画像処理装置３０に入力され、Ａ／Ｄ変換器３２を介してデジタル信号に変換された後、画像メモリ３４に格納され、ＣＰＵ３１の制御の元に画像処理される。処理される画像はモニタ２４に表示させることができる。また、画像処理装置３０には、演算されたデータを格納するＲＡＭ３３、部品データを格納する部品データ格納メモリ３５が設けられている。

次に、このような構成において、本発明で行われる画像処理の流れを図３を用いて説明する。

まず、ステップＳ１において、吸着ノズル３ａで吸着された部品２０を撮像装置５で撮像し、撮影された部品２０の画像を、画像処理装置３０に取り込んで画像メモリ３４に格納するとともに、その画像をモニタ２４に表示する。

続いて、ステップＳ２において、モニタ２４に表示されている対象物（部品）の処理対象としたい領域を囲むように窓を設定する。今、対象物が、図４（Ａ）に示したように、画像処理の対象としたくなく、画像処理を除外したい部分２０ａ、２０ｂを有する部品２０であるとすると、図４（Ｂ）に示したように、画像処理したい全体の領域をＷとして、ここに窓を設定する。この設定は、キーボード２１、マウス２２などの入力手段（設定手段）を介して行われ、左下隅の座標（ｘ０，ｙ０）と、右上隅の座標（ｘ１，ｙ１）を指定することにより行われる。

一方、この部品２０には、画像処理を除外したい部分２０ａ、２０ｂがあるので、図４（Ｃ）に示したように、処理対象としたくない部分に、キーボード２１、マウス２２などを介して処理除外領域Ｗ１、Ｗ２を設定し、ここに窓をかけるようにする（ステップＳ３）。

図４（Ｃ）において、処理除外領域Ｗ１の設定は、左下隅の座標（ｘ２，ｙ２）と、右上隅の座標（ｘ３，ｙ３）を指定することにより行われる。また、処理除外領域Ｗ２に対しても同様に左下隅の座標（ｘ４，ｙ４）と、右上隅の座標（ｘ５，ｙ５）を指定し、領域Ｗ２を設定する。このような除外領域は、必要に応じて複数指定することができる。複数の場合、除外される領域は和集合の領域である。

続いて、ステップＳ４において必要とする画像処理を行う。このとき除外領域として設定された領域Ｗ１、Ｗ２に対しては画像処理は行なわれない。そのためには、画像メモリ３４から読み出された任意の画像データ、すなわち画素の座標値Ｐ（ｘ，ｙ）が、処理領域Ｗ内にあるかどうか、また除外領域Ｗ１、Ｗ２の内部（あるいは以外）の領域であるかどうかの判断が必要であるが、これに対しては、次の判断式を用いることができる。

（ａ）ｘ０≦ｘ≦ｘ１かつｙ０≦ｙ≦ｙ１のとき、Ｐは領域Ｗの周上または内部であり、
（ｂ）ｘ２≦ｘ≦ｘ３かつｙ２≦ｙ≦ｙ３のとき、Ｐは領域Ｗ１の周上または内部であり、
（ｃ）ｘ４≦ｘ≦ｘ５かつｙ４≦ｙ≦ｙ５のとき、Ｐは領域Ｗ２の周上または内部である。

従って、画像処理装置３０のＣＰＵ３１が、画像メモリ３４に格納された画像データ（画素）を順次読み出して画像処理を行うとき、（ａ）の条件を満たす画素は画像処理の対象とするが、その処理対象となる画素で（ｂ）及び／又は（ｃ）の条件を満たす画素に対しては処理を行わないようにする。

このようにして除外領域Ｗ１、Ｗ２を除く領域Ｗにおける画像データを画像処理することにより得られる輪郭データにより、あるいは該輪郭データに対してテンプレートマッチングを行って部品中心や傾きを演算し、部品認識を行う。この部品認識に対しては、種々公知の方法が知られており、例えば、特許文献１、２、４などの方法を用いることができる。

また、図５（Ａ）に示したような、可動レバー４０ａを有する部品４０に対しては、可動レバーの可動範囲を含んだ領域を除外ウィンドウ５０で囲み、これを処理除外領域として設定し、この処理除外領域以外の輪郭で部品位置（部品中心）、部品傾きを認識する。また、図５（Ｂ）に示したような、樹脂ボディ４１ａを有する部品４１に対しては、樹脂ボディを囲む領域を除外ウィンドウ５１で指定し、それ以外の輪郭で部品位置、部品傾きを認識する。

更に、図５（Ｃ）に示したように、樹脂ボディ４２ａを有し、不揃いで不規則な配置の電極を持つ部品４２に対しては、電極を用いて部品認識するが、電極が不揃いで、不規則に配置されているので、それぞれの電極を指定するのは、煩雑である。従って、樹脂ボディ４２ａを囲む領域に対して除外ウィンドウ５２を設定し、電極先端部の輪郭で部品位置、部品傾きを認識する。

また、図５（Ｄ）に示すような曲げ板金４３ａを持つ部品４３のような場合には、ボディ部の輪郭で認識した方が認識位置、傾き精度がよいので、曲げ板金４３ａの部分を囲む領域に対して除外ウィンドウ５３を設定し、それ以外の輪郭で部品位置、部品傾きを認識する。

このようにして、認識精度を劣化させる部分に対して除外ウィンドウを設定し、その部分に対しては画像処理を行わないようにすることができるので、全体として部品認識精度を向上させ、部品実装機に応用した場合、部品搭載効率を向上させることができる。

本発明が用いられる部品実装機の構成を示す構成図である。 画像処理部分の構成を示した構成図である。 画像処理の流れを示すフローチャートである。 部品の画像に対して画像処理領域と処理除外領域を設定する状態を示した説明図である。 種々の部品に対して処理除外領域を設定する状態を示した説明図である。

符号の説明

５ 撮像装置
２０ 部品
３０ 画像処理装置
３０ａ 画像メモリ
Ｗ 画像処理領域
Ｗ１、Ｗ２ 画像処理除外領域

Claims (3)

1. 部品の画像を入力し、画像中の対象領域を画像処理して部品認識する部品認識装置において、
   部品を撮像する撮像装置と、
   撮像された部品の画像データを処理する画像処理装置と、
   画像のうち画像処理の対象とする処理領域と、画像処理の対象としたくない処理除外領域とを設定する設定手段とを備え、
   画像データのうち、処理領域内にあり、かつ処理除外領域以外の領域にある画像データに対して画像処理を行って部品認識することを特徴とする部品認識装置。
2. 処理除外領域が和集合として複数指定できることを特徴とする請求項１に記載の部品認識装置。
3. 処理除外領域が任意の閉曲線で囲まれていることを特徴とする請求項１又は２に記載の部品認識装置。
   

Images