JP2013239720A - Method of image distortion correction - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、X方向及びY方向に走行される部品装着ヘッドを用いて電子部品をプリント
基板に装着する電子部品装着装置に関するものであり、特に部品装着のために部品位置を
部品位置認識用のカメラで認識する際生じるカメラ姿勢及びレンズ歪に起因する画像歪を
補正する画像歪補正方法に関する。
The present invention relates to an electronic component mounting apparatus that mounts an electronic component on a printed circuit board using a component mounting head that travels in the X direction and the Y direction. In particular, the component position is used for component position recognition for component mounting. The present invention relates to an image distortion correction method for correcting image distortion caused by camera posture and lens distortion generated when a camera recognizes.
基板や電子部品などのワークの位置計測に使用されるカメラの中でも、特に電子部品装
着装置など高精度な位置計測を必要とするものは、カメラのレンズに起因する画像歪の補
正が行われている。
Among cameras used to measure the position of workpieces such as substrates and electronic components, especially those that require high-precision position measurement, such as electronic component mounting devices, are corrected for image distortion caused by the camera lens. Yes.
特開平6−241724号公報(特許文献1)には、所定ピッチで標準面上に分布した
複数の標準物を撮影し、撮影画面上の複数の標準物像を摘出し、摘出した複数の標準物像
の重心位置をそれぞれ算出し、撮影画面上の標準物像それぞれの重心位置に、標準面上の
標準物それぞれに定まった基準座標値を割り付け、撮影画面上の座標を校正済座標に変換
する変換式に、各重心位置およびそれに割り付けられた基準座標値を代入し、複数の、重
心位置とそれに割り付けられた基準座標の対応を規定する、前記変換式の定数を算出し、
メモリ手段に記憶する撮影画面の歪補正方法が記載されている。
In Japanese Patent Laid-Open No. 6-241724 (Patent Document 1), a plurality of standard objects distributed on a standard surface at a predetermined pitch are photographed, and a plurality of standard object images on a photographing screen are extracted and extracted. Calculates the center of gravity position of the object image, assigns the reference coordinate value determined for each standard object on the standard surface to the center of gravity position of each standard object image on the shooting screen, and converts the coordinates on the shooting screen to calibrated coordinates Substituting each centroid position and the reference coordinate value assigned to it into the conversion formula to calculate a plurality of constants of the conversion formula that define the correspondence between the centroid position and the reference coordinate assigned to it,
A method for correcting distortion of a photographing screen stored in a memory means is described.
上記特許文献1においては画像歪の校正手順は開示されているが、撮像に起因する量子
化誤差を抑え校正結果を安定にする方法に関しては開示されていない。このため特許文献
1に記載の校正方法では、歪校正を行う度に異なる歪補正結果が得られ、そのためこの歪
補正データを用いた位置計測では再現性の高い計測が困難であるという課題がある。
The above-mentioned
本発明の目的は、上記課題を解決するために、部品装着ヘッドの吸着ノズルに吸着され
た電子部品の位置を、量子化誤差が伴うCCD型センサあるいはMOS型センサのカメラ
を用いて高精度に認識し、その結果高精度な搭載位置精度を実現した電子部品装着装置及
び電子部品の位置をカメラで認識する際生じるカメラ姿勢及びレンズ歪に起因する画像歪
補正方法を提供することにある。
In order to solve the above problems, the object of the present invention is to accurately position the electronic component sucked by the suction nozzle of the component mounting head using a CCD sensor or a MOS sensor camera with quantization error. It is an object of the present invention to provide an electronic component mounting apparatus that recognizes and, as a result, realizes a highly accurate mounting position accuracy, and a method for correcting image distortion caused by camera posture and lens distortion generated when the position of the electronic component is recognized by the camera.
上記目的を達成するために、本発明は、電子部品を吸着する吸着ノズルを有してX方向
及びY方向に移動する部品装着ヘッドと、前記部品装着ヘッドの前記吸着ノズルに吸着された電子部品を(I,J)座標系で規定される撮像面で撮像して前記電子部品の画像を取
得する部品位置認識用のカメラと、該部品位置認識用のカメラから取得される前記電子部
品の画像に対して予め算出して記憶部に記憶された歪補正データ(定数k1,k2,k3
等)に基づいて歪補正を実行し、該歪補正が実行された画像に基づいて前記電子部品の位
置を認識する画像処理部とを備えた電子部品装着装置であって、(x,y)座標系で規定
される歪補正パターンが形成された歪補正治具を前記部品装着ヘッドに保持し、前記画像
処理部は、予め、前記歪補正パターンが規定される(x,y)座標系を前記部品位置認識
用のカメラの撮像面で規定される(I,J)座標系に対して所定の角度回転させた若しく
は傾けた状態で、前記歪補正パターンを前記部品位置認識用のカメラで撮像して取得され
る量子化誤差が相殺される歪補正パターンの画像を基に前記歪補正データを算出して前記
記憶部に記憶することを特徴とする。
In order to achieve the above object, the present invention provides a component mounting head having a suction nozzle for sucking an electronic component and moving in the X direction and the Y direction, and an electronic component sucked by the suction nozzle of the component mounting head A camera for recognizing the position of a component that captures an image of the electronic component by capturing an image on an imaging surface defined by the (I, J) coordinate system, and an image of the electronic component acquired from the camera for recognizing the position of the component The distortion correction data (constants k1, k2, k3) calculated in advance and stored in the storage unit
Etc.), and an image processing unit for recognizing the position of the electronic component based on the image on which the distortion correction has been performed, (x, y) A distortion correction jig in which a distortion correction pattern defined by a coordinate system is formed is held on the component mounting head, and the image processing unit uses an (x, y) coordinate system in which the distortion correction pattern is defined in advance. The distortion correction pattern is imaged by the component position recognition camera while being rotated or tilted by a predetermined angle with respect to the (I, J) coordinate system defined on the imaging surface of the component position recognition camera. The distortion correction data is calculated based on a distortion correction pattern image in which the quantization error acquired in this way is canceled, and stored in the storage unit.
また、本発明は、前記画像処理部において、前記部品位置認識用のカメラで撮像して取
得される量子化誤差が相殺される歪補正パターンの画像を基に前記歪補正データを算出す
る際、前記歪補正パターンの格子点列パターンに対して最小自乗近似を用いて前記歪補正
データを算出することを特徴とする。
Further, in the present invention, in the image processing unit, when calculating the distortion correction data based on an image of a distortion correction pattern in which the quantization error acquired by imaging with the component position recognition camera is canceled, The distortion correction data is calculated using least square approximation for the lattice point sequence of the distortion correction pattern.
また、本発明は、前記電子部品装着装置において、さらに、前記歪補正パターンを前記
部品位置認識用のカメラで撮像する際、前記歪補正パターンが規定される(x,y)座標
系を前記部品位置認識用のカメラの撮像面で規定される(I,J)座標系に対して所定の
角度回転させた状態に制御する制御手段を有することを特徴とする。また、本発明は、前
記制御手段が、前記歪補正治具を保持した前記部品装着ヘッドを垂直軸回りに回転させる
モータを含むことを特徴とする。
In the electronic component mounting apparatus according to the present invention, an (x, y) coordinate system in which the distortion correction pattern is defined when the distortion correction pattern is imaged by the component position recognition camera is used as the component. It has a control means for controlling to a state rotated by a predetermined angle with respect to the (I, J) coordinate system defined by the imaging surface of the camera for position recognition. Further, the present invention is characterized in that the control means includes a motor for rotating the component mounting head holding the distortion correction jig around a vertical axis.
また、本発明は、前記歪補正治具の外形基準を前記歪補正パターンが規定される(x,
y)座標系に対して前記所定の角度回転させて形成し、該形成された前記歪補正治具の外
形基準を前記部品装着ヘッドに位置決めして保持することを特徴とする。
Further, in the present invention, the distortion correction pattern is defined as an external reference of the distortion correction jig (x,
y) It is formed by rotating the predetermined angle with respect to the coordinate system, and the outer shape reference of the formed distortion correction jig is positioned and held on the component mounting head.
また、本発明は、前記歪補正パターンが、前記(x,y)座標系で規定される格子点列
上に点対称の図形又はx、y方向に対して線対称の図形を配置して形成されることを特徴
とする。また、本発明は、前記部品位置認識用のカメラが、CCD型センサあるいはMO
S型センサを用いて構成されることを特徴とする。
According to the present invention, the distortion correction pattern is formed by arranging a point-symmetrical figure or a line-symmetrical figure with respect to the x and y directions on a lattice point sequence defined by the (x, y) coordinate system. It is characterized by being. In the present invention, the component position recognition camera may be a CCD sensor or a MO sensor.
It is characterized by using an S-type sensor.
また、本発明は、電子部品を吸着する吸着ノズルを有してX方向及びY方向に移動する部品装着ヘッドと、前記部品装着ヘッドの前記吸着ノズルに吸着された電子部品を(I,J)座標系で規定される撮像面で撮像して前記電子部品の画像を取得する部品位置認識用のカメラと、該部品位置認識用のカメラから取得される前記電子部品の画像に対して予め算出して記憶部に記憶された歪補正データに基づいて歪補正を実行し、該歪補正が実行された画像に基づいて前記電子部品の位置を認識する画像処理部とを備えた電子部品装着装置において、カメラで取得される計測対象の画像に対して予め算出して記憶部に記憶された歪補正データに基づいて歪補正を行う電子部品装着装置の画像歪補正方法であって、歪補正パターンが形成された歪補正治具を前記部品装着ヘッドを用いて保持した状態で前記部品位置認識用カメラで撮像し、歪補正パターンの(x,y)座標系と、撮像面の(I,J)座標系の回転方向のずれ量を検出する回転ずれ検出するステップと、前記回転ずれ量と、前記歪補正パターンを撮像面の(I,J)座標系に対し予め定められた回転角度の角度差分量を演算するステップと、前記角度差分量分、前記部品装着ヘッドを回転させるステップと、前記角度差分量分、前記部品装着ヘッドを回転させた後に、前記歪補正パターンを前記部品位置認識用のカメラで撮像して取得される歪補正パターンの画像を基に前記歪補正データを算出する算出するステップと、前記補正データを前記記憶部に記憶するステップと、を有すること特徴とする。 The present invention also provides a component mounting head having a suction nozzle for sucking an electronic component and moving in the X direction and the Y direction, and an electronic component sucked by the suction nozzle of the component mounting head (I, J). A camera for recognizing a component position that acquires an image of the electronic component by capturing an image on an imaging surface defined by a coordinate system, and an image of the electronic component acquired from the camera for recognizing the component position are calculated in advance. An electronic component mounting apparatus comprising: an image processing unit that performs distortion correction based on the distortion correction data stored in the storage unit and recognizes the position of the electronic component based on the image subjected to the distortion correction An image distortion correction method for an electronic component mounting apparatus that performs distortion correction based on distortion correction data calculated in advance and stored in a storage unit for an image to be measured acquired by a camera, wherein the distortion correction pattern is Formed distortion compensation The jig is held by the component mounting head, and is imaged by the component position recognition camera. The rotation direction of the (x, y) coordinate system of the distortion correction pattern and the (I, J) coordinate system of the imaging surface A step of detecting a rotational deviation for detecting a deviation amount of the image, a step of calculating an angular difference amount of a rotation angle determined in advance with respect to the (I, J) coordinate system of the imaging surface for the rotational deviation amount and the distortion correction pattern. And rotating the component mounting head by the angle difference amount; and rotating the component mounting head by the angle difference amount, and then imaging the distortion correction pattern with the component position recognition camera. And calculating the distortion correction data based on the acquired distortion correction pattern image, and storing the correction data in the storage unit.
本発明によれば、カメラのレンズに起因する歪補正を行うための歪補正データを算出す
る際、計測対象となる画像歪補正治具の撮像時に生ずる量子化誤差を低減することが可能
となり、歪補正毎(部品装着ヘッド交換毎)の歪補正データのばらつきが低減され、結果
として再現性の高い部品位置計測に基づいた高精度な電子部品装着が可能となる。
According to the present invention, when calculating distortion correction data for correcting distortion caused by a camera lens, it is possible to reduce a quantization error that occurs during imaging of an image distortion correction jig to be measured. Variations in the distortion correction data for each distortion correction (each replacement of the component mounting head) are reduced, and as a result, highly accurate electronic component mounting based on highly reproducible component position measurement becomes possible.
[第1の実施の形態]
本発明に係る電子部品装着装置の第1の実施の形態について図1乃至図14を用いて説
明する。
[First Embodiment]
A first embodiment of an electronic component mounting apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
図1は本発明に係る電子部品装着装置101の構成を示す平面図で、該電子部品装着装
置101の基台102上には種々の電子部品を夫々その部品取出し部(部品吸着位置)に
1個ずつ供給する部品供給ユニット103が複数並設される。プリント基板Pについては、供給コンベア104と位置決め部105と排出コンベア106とを設けて構成される。供給コンベア104は上流より受けたプリント基板Pを前記位置決め部105に搬送し、該位置決め部105ではプリント基板Pを位置決め機構(図示せず)により位置決めし、該位置決めされたプリント基板P上に電子部品を装着した後プリント基板Pは排出コンベア106に搬送される。
FIG. 1 is a plan view showing the configuration of an electronic
X方向に長いビーム108は、Y軸モータ109を駆動して各ネジ軸1010を回転さ
せることによって左右一対のガイド1011に沿ってプリント基板Pの上方と部品供給ユ
ニット103の部品取出し部(部品吸着位置)の上方との間をY方向に移動するように構
成される。そして、前記ビーム108には、X軸モータ1012(図示せず)を駆動する
ことによって、部品装着ヘッド107がその長手方向、即ちX方向にガイド(図示せず)
に沿って移動するように設けられている。さらに、部品装着ヘッド107には12本の吸
着ノズル1013の各々を上下動させるための上下軸モータ1014(図示せず)が12
個搭載され、また12本の吸着ノズル1013の各々を鉛直軸周りに回転させるためのθ
軸モータ1015(図示せず)が12個搭載されている。したがって、部品装着ヘッド1
07の12本の各吸着ノズル1013は、部品装着ヘッド107のX方向及びY方向の移
動と共にX方向及びY方向に移動可能であり、鉛直軸線回りに回転可能で、かつ上下動可
能となっている。また、垂直軸回りに回転可能に構成された円形の部品装着ヘッド107
については円形を中心(垂直軸)として回転可能とするためのθ軸モータ1016が別途
設けられている。
The
It is provided so that it may move along. Further, the
Θ for mounting each of the 12
Twelve shaft motors 1015 (not shown) are mounted. Therefore, the
Each of the 12
Is separately provided with a θ-
部品装着ヘッド107の各吸着ノズル1013に吸着された電子部品の位置を認識する
部品位置認識用のカメラ1017は、電子部品装着装置101の基台102上に設けて構
成される。即ち、部品位置認識用のカメラ1017はカメラ座標系(I,J)において各
吸着ノズル1013に吸着保持された各電子部品を撮像して前記電子部品の画像を取得し、画像処理部2011等は前記部品位置認識用のカメラ1017から取得される前記電子部品の画像に対して予め算出してRAM(記憶部)202に記憶された歪補正データ(定数k1,k2,k3等)に基づいて後述する(1)式を用いて画像歪補正を実行し、該画像歪補正が実行された(x,y)座標系の画像に基づいて各電子部品が各吸着ノズル1013に対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかをXY方向及び回転角度について位置認識することになる。
A component
図2は本発明に係る電子部品装着装置101の制御ブロックを示す図である。X軸モー
タ1012は、部品装着ヘッド107についてビーム108上をガイドに沿ってX方向に
移動させるための回転駆動源である。Y軸モータ109は、ビーム108を左右一対のガ
イド1011に沿ってY方向に移動させるための回転駆動源である。θ軸モータ1016
は、部品装着ヘッド107を垂直軸回りに回転させるための回転駆動源である。θ軸モー
タ1015は、各吸着ノズル1013を鉛直軸線回りに回転させるための回転駆動源であ
る。上下軸モータ1014は、各吸着ノズル1013を上下動させる回転駆動源である。
なお、X軸モータ1012、Y軸モータ109、θ軸モータ1016、1015及び上下
軸モータ1014については、便宜上各1個のみ図示して以下説明する。
FIG. 2 is a diagram showing a control block of the electronic
Is a rotation drive source for rotating the
Only one
201は本発明に係る電子部品装着装置101を統括制御する制御部及び演算手段としてのCPU(装着制御部)で、該CPU201にはバスラインを介して、RAM(ランダ
ム・アクセス・メモリ)202及びROM(リ−ド・オンリー・メモリ)203が接続さ
れている。そして、CPU201は、前記RAM202に記憶されたデータに基づき、前
記ROM203に格納されたプログラムに従い、電子部品装着装置101の部品装着動作
に係る動作を統括制御する。
即ち、CPU201は、インターフェース204及び駆動回路205を介して前記X軸
モータ1012の駆動を、インターフェース204及び駆動回路206を介して前記Y軸
モータ109の駆動を、またインターフェース204及び駆動回路207を介して前記θ
軸モータ1015、1016の駆動を、更にインターフェース204及び駆動回路208
を介して前記上下軸モータ1014の駆動を制御している。
That is, the
The driving of the
The driving of the
前記RAM202には、図3に示すような部品装着に係る装着データが格納されており、その装着順序毎(ステップ番号毎)に、プリント基板内でのX方向(Xで示す)、Y方向(Yで示す)及び角度(Zで示す)情報や、Fdr No.で示す各部品供給ユニット3の配置番号及び電子部品の種類情報等が格納されている。即ち、例えば配置番号101は電子部品がP1という種類のものである。また前記RAM202には、各電子部品の部品種毎にX方向及びY方向の部品寸法、その許容値が格納されている。
The
2011はインターフェース204を介して前記CPU201に接続される画像処理部
で、前記カメラ1016により撮像して取込まれた画像処理が行われ、CPU201に処
理結果が送出される。即ち、CPU201は、部品位置認識用のカメラ1017にて撮像
された画像を処理(部品吸着ヘッド107の各吸着ノズル1013に吸着保持された電子
部品の位置ずれ量の算出やカメラ1016で撮像された(I,J)座標系での画像に対す
る画像歪補正など)するように指示を画像処理部2011に出力すると共に、処理結果を
画像処理部2011から受取るものである。
An
2010はキーボードドライバ209及びインターフェース204を介して前記CPU
201に接続されるデータ登録手段としてのキーボードで、210は部品画像などを表示
するモニターである。また、前記データ登録手段としてのキーボード2010に代えてタ
ッチパネルなどの手段を用いても良い。
2010 is the CPU via the
A keyboard serving as data registration means connected to 201 is a monitor for displaying component images and the like. Further, a means such as a touch panel may be used in place of the
以上の構成に基づき部品の搭載動作について図4に沿って説明する。先ず、プリント基
板Pが図示しないコンベアにより上流側装置より供給コンベア104を介して位置決め部
105に搬送され、位置決め機構(図示せず)により位置決め固定される(S41)。
A component mounting operation based on the above configuration will be described with reference to FIG. First, the printed circuit board P is conveyed from the upstream device to the
次に、CPU201はRAM202に格納されている図3に示す装着データを読み出し
(S42)、即ちRAM202にステップ番号毎に格納されたプリント基板Pの装着すべ
きXY座標位置、各吸着ノズルの回転軸である鉛直軸線回りへの回転角度位置及び配置番
号等が指定された装着データを読み出し、吸着ノズル1013で装着すべき電子部品を所
定の部品供給ユニット103から吸着して取出す(S43)。即ち、部品装着ヘッド10
7は装着すべき電子部品を収納する各部品供給ユニット103の上方に位置するよう移動
するが、Y方向については駆動回路206によりY軸モータ109を駆動してビーム10
8を一対のガイド1011に沿って移動させ、X方向については駆動回路205によりX
軸モータ1012を駆動して部品装着ヘッド107がビーム108上を移動する。そして、既に所定の各供給ユニット103は駆動されて部品吸着位置にて部品が取出し可能状態にあるため、駆動回路208により上下軸モータ1014が駆動して前記各吸着ノズル1013が下降して電子部品を吸着して取出す。
Next, the
7 moves so as to be positioned above each
8 is moved along a pair of
The
次に、各上下軸モータ1014により駆動されて電子部品を吸着保持した吸着ノズル1
013が上昇し、Y方向には一対のガイド1011に沿ってビーム108が移動し、X方
向にはX軸モータ1012の駆動によりガイド1011に沿って部品装着ヘッド107が
移動することにより、部品装着ヘッド107はプリント基板Pの上方位置に移動開始する
(S44)。
Next, the
013 rises, the
この移動途中のカメラ1017の上方位置において、部品装着ヘッド107の各吸着ノ
ズルに吸着保持された電子部品は部品位置認識用のカメラ1017により(I,J)座標
系で撮像され、画像処理部2011はカメラ1017により(I,J)座標系で撮像した
画像に対して例えばRAM202に予め記憶された歪補正データ(定数k1,k2,k3
等)を基に後述する(1)式に基づいてカメラ1017が持っているカメラ姿勢、レンズ
歪に起因する画像歪を高精度に補正し、該画像歪が補正された(x,y)座標系の画像を
基に電子部品が吸着ノズル1013に対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているか
を画像処理してXY方向及び回転角度について位置認識される(S45)。
At the upper position of the
Etc.) based on the equation (1) described later, the camera orientation of the
CPU201は、上記認識された電子部品の位置ずれ量に基づき、RAM202にステ
ップ番号毎に格納された装着すべきXY座標位置、鉛直軸線回りへの回転角度位置に補正
を加える(S46)。即ち、部品のXY方向の位置ずれはX軸モータ1012及びY軸モータ109の各々を駆動回路205及び206の各々を介して補正制御し、部品の回転ずれはθ軸モータ1015を駆動回路207を介して補正制御することで、部品をプリント基板P上の所望の位置に搭載する(S47)。
The
このため、部品位置認識用のカメラ1017により撮像される画像に基づく部品位置の
認識は高い精度が要求される。このため、予め撮像画像に含まれるカメラ姿勢、レンズ歪
に起因する画像歪を高精度に補正する必要がある。
For this reason, recognition of the component position based on the image imaged by the component
以上、図3に示す装着データに記録された部品全てに対し順次実行し(S48)、全て
の部品の搭載を終了したらプリント基板Pを位置決め部105から排出コンベア106を
介して下流側装置に搬送する(S49)。
3 is executed sequentially for all the components recorded in the mounting data shown in FIG. 3 (S48), and when the mounting of all the components is completed, the printed board P is conveyed from the
次に、本発明の特徴とする部品位置認識用のカメラ1017が撮像する撮像画像に含まれるカメラ姿勢、レンズ歪に起因する画像歪データを予め算出しておく実施の形態につい
て説明する。ところで、本発明に係る電子部品装着装置101の部品位置認識に用いられ
るCCD型センサあるいはMOS型センサを用いたカメラ1017では撮像面が画素と呼
ばれる空間的に離散化された単位で構成されているため、これらのセンサを用いた位置計
測では量子化誤差が伴う。このため、カメラ1017のレンズに起因する歪補正を、図6
に示す格子点に黒点等のマークのパターンが配された歪補正治具501を用いて行う場合、格子点上にある個々の点の位置計測結果がセンサと歪補正治具501の相対的な位置関係により量子化誤差の影響を受け、高精度な歪補正が行えない。また補正の度にセンサと歪補正治具501の相対的な位置関係を同一にすることは困難であることから、毎回異なる補正結果を得ることになり、その結果、同じ対象を計測しても位置計測結果は再現性が乏しいものとなり、このような補正を行った電子部品装着装置では高精度な部品搭載ができないという課題があった。
Next, an embodiment in which image distortion data resulting from lens orientation and camera orientation included in a captured image captured by the component
When the
そこで、本発明に係る量子化誤差の影響を受けない高精度な歪補正の実施の形態につい
て説明する。図5は本発明に係る部品位置認識用のカメラ1017の歪補正データ算出時
を示す構成図である。カメラ1017で撮像された画像の、画像上の座標は撮像画像例5
02に示すように横軸右方向にI,縦軸下方向にJで規定される。歪補正治具501は部
品吸着ヘッド107に着脱可能に保持されている。図6には歪補正治具501の一実施例
を示す。歪補正治具501上には(x,y)座標系で定義される直交格子の格子点上にマ
ークが配置されている。隣接する全てのマーク(円)の間隔は一定であり既知である。図
6に示す実施例ではマークとして円の場合を示しているが、円以外であっても点対象のパ
ターンであればよく、また、図7に示す十字マークやひし型マークのようにx−y軸に線
対称な図形が直交格子の格子点上に配置されていてもよい。吸着ヘッド107はθ軸モー
タ1016によって回転する。また、吸着ヘッド107及びθ軸モータ1016は、図1
で説明したようにビーム108に沿ってX方向に、また図1で示したガイド1011に沿ってY方向に移動する。
Therefore, an embodiment of highly accurate distortion correction that is not affected by the quantization error according to the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram showing the distortion correction data calculation time of the
As indicated by 02, the horizontal axis is defined as I on the right and the vertical axis is defined as J. The
As described above, the lens moves in the X direction along the
次に、本発明に係るカメラで撮像した画像についての歪補正データ算出手順の実施の形
態について図8及び図9を用いて説明する。以下の記述において、カメラ1017での撮
像は画像処理部2011、部品装着ヘッドのX及びY方向の移動はX軸モータ1012及
びY軸モータ109を制御する駆動回路205及び206、部品装着ヘッドの回転はθ軸
モータ1016を制御する駆動回路207を介して、CPU201の命令により行われる
こととする。
Next, an embodiment of a distortion correction data calculation procedure for an image captured by a camera according to the present invention will be described with reference to FIGS. In the following description, imaging with the
まず、歪補正治具501をカメラ1017で撮像する(S81)。次にカメラ1017
の画像座標のI座標軸と歪補正治具501のx座標軸との角度ズレβを検出する(S82
)。このように、カメラ1017の画像座標のI座標軸と歪補正治具501のx座標軸と
の角度ズレβは、カメラ1017で撮像した歪補正治具501に形成されたパターンの画
像を基に、例えばx方向のパターン列の重心位置を結んだ直線のI座標軸に対する傾き角
度として画像処理部2011において検出することは可能である。なお、別の手段で、予
め、カメラ1017のI座標軸と歪補正治具501のx軸が平行に位置出し(位置決め)
されている場合はステップ801とステップ802は飛ばしてもよい。
First, the
An angle shift β between the I coordinate axis of the image coordinates of the image and the x coordinate axis of the
). As described above, the angle shift β between the I coordinate axis of the image coordinate of the
If it is, step 801 and step 802 may be skipped.
その後、カメラ1017の画像座標のI座標軸と歪補正治具106のx座標軸との相対
角度を零より大きい角度αになるようθ軸モータ1016を制御する(S83)。角度αについては後述する。続いてこの状態で(カメラ1017のI座標軸に対して歪補正治具106のx座標軸の相対角度をαにした状態で)カメラ1017は歪補正治具501に形成された格子点列パターンを撮像して量子化誤差に影響することなくカメラの歪補正を高精度に実行する(S84)。歪補正実行後、後述する(1)式の定数(k1,k2,k3等)を歪補正データとして例えばRAM202に記憶する(S85)。
Thereafter, the θ-
この結果、歪補正治具501の格子で規定される(x,y)座標系とステージ(1081011)で規定される(X,Y)座標系、及び歪補正治具501の格子で規定される(x,y)座標系とカメラ1017の画像(I,J)座標系は回転ズレを生じた状態で記録されることになるが、カメラ1017の画像(I,J)座標系は歪補正結果(歪補正データ(定数k1,k2,k3等))を用いて歪補正治具の格子で規定される(x,y)座標系に一対一で変換され、(x,y)座標系は一次変換にてステージ(108、1011)で規定される(X,Y)座標系に変換できるので、カメラ1017の画像(I,J)座標から一意にステージ(108、1011)の(X,Y)座標を特定することが可能である。
As a result, the (x, y) coordinate system defined by the grid of the
次に、画像処理部2011等が前もって実行するカメラの歪補正実行ステップS84に
ついてさらに詳細に説明する。まず、カメラ1017のI座標軸に対して歪補正治具10
6のx座標軸の相対角度をαにした状態でカメラ1017が撮像した歪補正治具501の
画像を入力する(S841)。続いて入力した画像を二値化する(S842)。更に、二
値化画像内にある各々の丸領域の検出を行い(S843)、その後各丸領域の重心座標を
算出する(S844)。最後に算出された各重心座標に歪補正治具501の直交格子で定
義される実寸法の(x,y)座標を割付け(S845)、後述する(1)式を確定する(S846)。
Next, the camera distortion correction execution step S84 executed in advance by the
An image of the
次に、カメラ1017が撮像する画像の(I,J)座標から歪補正治具501の直交格
子で定義される実寸法の(x,y)座標への変換方法について説明する。即ち、放射及び
接線方向のレンズ歪を考慮した場合、カメラ1017が撮像する画像の(I,J)座標は
次に示す(1)式にて歪補正治具501の直交格子で定義される実寸法の(x,y)座標
に変換される。(1)式は画像座標系の原点と、歪補正治具の直交格子で規定される座標
系の原点が一致する場合であるが、一致しない場合はオフセットを加えればよい。(1)
式の定数k1,k2,k3を決定するためには、画像内で検出される格子点n=0,…,
Nに対して画像座標(In,Jn)と、それに対応する歪補正治具上の格子点座標(xn,yn)を次に示す(2)式に代入し偏差の自乗和であるΣDnを最小化するk1,k2,k3を求めればよい。求めた定数k1,k2,k3は図8のステップS85における歪補正データとして例えばRAM202に記憶する。
Next, a method for converting the (I, J) coordinates of the image captured by the
In order to determine the constants k1, k2, k3 of the equation, the grid points n = 0,.
Substituting the image coordinates (In, Jn) and the corresponding lattice point coordinates (xn, yn) on the distortion correction jig for N into the following equation (2), ΣDn, which is the sum of squared deviations, is minimized. What is necessary is just to obtain k1, k2, and k3 to be converted. The obtained constants k1, k2, and k3 are stored in, for example, the
以上、カメラ1017で撮像した画像の歪補正方法を述べた。以下、本発明の特徴とする歪補正時に問題となる画像の量子化誤差と、その影響を抑制するための方法について説
明する。図9には、歪補正治具501を画像座標のI方向に5μmピッチで120μm動
かして、画素分解能60μmのカメラで歪補正治具上の円形マークの一点の重心位置を計
測した結果を示す。図9の横軸は歪補正治具501の移動距離について始点を0として画
素換算値に変換した値、縦軸は画像上でマークの重心位置を計測したときのI座標の値で
ある。図9で一点鎖線で示した直線は計測した結果の最小自乗近似直線である。
In the above, the distortion correction method of the image imaged with the
図10には横軸に歪補正治具501の移動距離について始点を0として画素換算値に変
換した値、縦軸に図9の近似直線と計測点の差分を画素値でプロットしたものを示す。1
画素周期で誤差が約±0.1画素の範囲で変動している様子が見てとれる。このため図1
1のように歪補正治具501のパターンで規定される(x,y)座標系と、歪補正治具を
撮像するカメラ1017の画像座標系(I,J)のなす角度が0度に近い場合、I=i0
の直線上に位置するべきである歪補正治具上のパターン列Aは、図10で示した量子化誤
差が重畳し、I=i0±0.1程度の変動を生じ、このような状態で歪補正を実行しても
信頼できる歪補正データは取得できない。なお、パターン列Aとは、図11にパターン列
Aで示す直線上に載っている円形マークで構成される任意の一列を指す。また歪補正治具
501のパターンとカメラ1017の撮像位置により誤差が変動するので、補正の度に補
正データが異なるという問題も生ずる。
In FIG. 10, the horizontal axis represents a value converted into a pixel conversion value with the starting point set to 0 with respect to the movement distance of the
It can be seen that the error fluctuates within a range of about ± 0.1 pixel in the pixel cycle. For this reason, FIG.
The angle formed by the (x, y) coordinate system defined by the pattern of the
The pattern row A on the distortion correction jig that should be located on the straight line of FIG. 10 overlaps with the quantization error shown in FIG. 10 and causes fluctuation of about I = i0 ± 0.1. Even if distortion correction is executed, reliable distortion correction data cannot be acquired. Note that the pattern row A indicates an arbitrary row composed of circular marks placed on a straight line indicated by the pattern row A in FIG. In addition, since the error varies depending on the pattern of the
そこで、本発明は、図8のステップS83で説明したように、図12に示すように、歪
補正治具501を撮像するカメラ1017の撮像面の(I,J)座標系に対して、歪補正
治具501のパターンで規定される(x,y)座標系を零より大きい角度αになるように
回転させた状態にする。図12においてパターン列Aは画像座標(i0,j0)から(i
1,j1)に直線状に配置されている。図12において円形パターン個々からの伸びている矢印は量子化誤差を受ける方向と量子化誤差の程度を、図9及び図10で示した結果を反映して模式的に表したものであり、画像上でパターン列Aを計測した場合、パターン列
AはBで誇張して示すような曲線状に観察される。図12の場合、パターンの個々の点に
は周期的な量子化誤差の影響が現れているが、画像座標(i0,j0)から(i1,j1)にかけてパターン列AがI方向に1画素ずれているため、パターン列Aに沿って量子化誤差を見ると量子化誤差がパターン列の左右方向に均等に丁度1周期(周期的に)現れ、この点列に対して例えば最小自乗近似を用いて直線を検出すれば量子化誤差が相殺され、本来のパターン列Aにより近い直線の検出が期待できる。なお、図12で示した画素サイズと格子点のパターンサイズは模式的な説明のためのものであり実際とは異なるものである。また前述の角度αと画像座標(i0,j0)、(i1,j1)との関係を次の(3)式に示す。
Therefore, as described in step S83 in FIG. 8, the present invention provides distortion with respect to the (I, J) coordinate system of the imaging surface of the
1, j1). In FIG. 12, the extending arrow from each circular pattern schematically represents the direction in which the quantization error is received and the degree of the quantization error, reflecting the results shown in FIGS. When the pattern row A is measured above, the pattern row A is observed in a curved shape as exaggerated by B. In the case of FIG. 12, the influence of a periodic quantization error appears at each point of the pattern, but the pattern row A is shifted by one pixel in the I direction from the image coordinates (i0, j0) to (i1, j1). Therefore, when the quantization error is viewed along the pattern sequence A, the quantization error appears evenly in one cycle (periodically) in the left-right direction of the pattern sequence. For example, the least square approximation is used for this point sequence. If a straight line is detected, the quantization error is canceled, and a straight line closer to the original pattern sequence A can be expected. Note that the pixel size and the pattern size of lattice points shown in FIG. 12 are for schematic explanation and are different from actual ones. The relationship between the aforementioned angle α and the image coordinates (i0, j0), (i1, j1) is shown in the following equation (3).
図12では(i0,j0)から(i1,j1)にかけてI座標は1画素移動しているが、これより大きくても構わず、1画素より大きな場合はより量子化誤差を打ち消す効果が期待できる。 In FIG. 12, the I coordinate moves by one pixel from (i0, j0) to (i1, j1), but it may be larger than this, and if it is larger than one pixel, the effect of canceling the quantization error can be expected. .
図13には、カメラ1017の撮像面の(I,J)座標系に対して、歪補正治具501
のパターンで規定される(x,y)を回転させた状態で歪補正治具501を撮像した画像
の実施例を示す。図13における白丸及び黒丸は画像として撮像された補正パターンを表
している。1401は補正領域を示している。補正領域内のパターンを用いて歪補正が実
行される。補正領域外のパターンを白丸で、補正領域内のパターンを黒丸で示した。Lは
正方形の場合の補正領域の画像上での一辺の長さである。補正領域が長方形の場合は長辺
あるいは短辺の長さを用いる。Dが補正領域内でカメラ1017と歪補正治具501を相
対的に回転させて生じた変位分の画素数である。図8のステップS83のαは、α=arctan(D/L)である。
FIG. 13 shows a
The example of the image which imaged the distortion correction jig |
以上説明したように、本発明に係る第1の実施の形態によれば、カメラのレンズに起因
する歪補正を行う際、歪補正治具のx座標軸をカメラのI座標軸に対して角度α回転させ
ることによってカメラが歪補正治具のパターン列を撮像する際量子化誤差が周期的に左右
方向に均等に現れるようにすることにより、量子化誤差を相殺して低減することが可能と
なり、歪補正毎(部品装着ヘッド交換毎)の歪補正データ(定数k1,k2,k3等)の
ばらつきが低減され、結果として再現性の高い部品位置計測に基づいた高精度な電子部品
装着が可能となる。
As described above, according to the first embodiment of the present invention, when correcting distortion caused by the lens of the camera, the x coordinate axis of the distortion correction jig is rotated by an angle α with respect to the I coordinate axis of the camera. By allowing the camera to capture the distortion correction jig pattern row, the quantization error can appear periodically and evenly in the left-right direction, thereby canceling and reducing the quantization error. Variation in distortion correction data (constants k1, k2, k3, etc.) for each correction (each component mounting head replacement) is reduced, and as a result, highly accurate electronic component mounting based on highly reproducible component position measurement becomes possible. .
次に、本発明に係る部品位置認識用のカメラの歪補正方法を含めた電子部品装着装置の
動作シーケンスについて図14を用いて説明する。まず、プリント基板の品種に関連した
装着装置の段取り替えが行われる(S141)。次に装着装置が搭載する電子部品の種類
に応じて部品装着ヘッドが選択される(S142、S143)。部品装着ヘッドが交換された場合は、カメラ1017と部品装着ヘッド107との相対的な位置関係が変化する可
能性があるので歪補正シーケンスを実行する(S144)。該歪補正シーケンスは図8で
示したステップS81からステップS85の一連のシーケンスである。以上でプリント基
板への部品搭載の準備が完了するので、以下順次プリント基板を搬入し(S145)、電
子部品をプリント基板に搭載し(S146)、全ての電子部品の搭載が完了したらプリン
ト基板を排出する(S147)。なお、基板搬入ステップS145は図4のステップS4
1に、部品搭載ステップS146は図4のステップS42からステップS48に、基板排
出ステップS147は図4のステップS49に対応する。ステップS148において次の
プリント基板がある場合にはステップS145に戻り部品搭載を繰り返し、無い場合には
ステップS141に戻り次の品種のプリント基板のための段取り替えを実施する。
Next, the operation sequence of the electronic component mounting apparatus including the distortion correction method for the component position recognition camera according to the present invention will be described with reference to FIG. First, the mounting device associated with the type of printed circuit board is replaced (S141). Next, a component mounting head is selected according to the type of electronic component mounted on the mounting device (S142, S143). When the component mounting head is replaced, the relative positional relationship between the
1. The component mounting step S146 corresponds to step S42 to step S48 in FIG. 4, and the board discharge step S147 corresponds to step S49 in FIG. If there is a next printed circuit board in step S148, the process returns to step S145 to repeat the component mounting. If there is no next printed circuit board, the process returns to step S141 to carry out setup change for the next type of printed circuit board.
[第2の実施の形態]
次に、本発明に係る電子部品装着装置の第2の実施の形態について図15乃至図17を
用いて説明する。
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the electronic component mounting apparatus according to the present invention will be described with reference to FIGS.
第2の実施の形態において、第1の実施の形態と相違する点は、部品装着ヘッド107
’がθ軸モータ1016を持たず回転式でないことと、歪補正治具1701の構成(外形
を基準として定まる(x’,y’)座標系が格子状に配列されたパターンで規定される(
x,y)座標系に対して第1の実施の形態で説明したαだけ回転している)が相違する点
にある。図15は部品位置認識用のカメラ1017の歪補正データ算出時を示す構成図で
ある。カメラ1017で撮像された画像の、画像上の座標は撮像画像例502に示すよう
に横軸右方向にI,縦軸下方向にJで規定される。そして、本第2の実施の形態において
は、上述したように部品装着ヘッド107’はθ軸モータ1016を持たず回転しない。
従って、図16に示す如く、歪補正治具1701の外形を基準として定まる(x’,y’)座標系が、カメラ1017が撮像する(I,J)座標系と平行な関係になるように、歪補正治具1701は外形を基準に位置決めして保持される歪補正治具保持手段1601を介して部品装着ヘッド107’に保持される。なお、カメラ1017の(I,J)座標系と、ステージ(108、1011)の(X,Y)座標系とのアライメントは別途行われているものとする。
The second embodiment is different from the first embodiment in that a
'Is not a rotary type without the θ-
x, y) is rotated with respect to the coordinate system by α described in the first embodiment). FIG. 15 is a configuration diagram illustrating the distortion correction data calculation time of the
Therefore, as shown in FIG. 16, the (x ′, y ′) coordinate system determined based on the outer shape of the
図16は図15に示した構成で用いられる歪補正治具1701を示す図である。外形を
基準として定まる(x’,y’)座標系は、格子状に配列されたパターンで規定される(x,y)座標系に対して第1の実施の形態で説明したαだけ回転させる。その結果、図12に示すように、パターン列Aに対して量子化誤差が周期的に左右方向に均等に現れることにより、この点列に対して例えば最小自乗近似を用いて直線を検出すれば量子化誤差が相殺されて本来のパターン列Aにより近い直線の検出が可能となる。
FIG. 16 is a diagram showing a
次に、本発明に係る第2の実施の形態におけるカメラの歪補正手順について図17を用
いて説明する。即ち、部品位置認識用のカメラ1017は、外形基準の(x’,y’)座
標系で位置決めされて部品装着ヘッド107’に保持された歪補正治具1701を撮像する(S171)。続いて歪補正を実行する(S84)。歪補正の内容は第1の実施の形態
における図8のステップS84に示した内容と同じである。歪補正実行後、歪補正の結果
得られる前述の(1)式の定数(k1,k2,k3等)を歪補正データとして記憶する(
S85)。
Next, a camera distortion correction procedure according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. That is, the component
S85).
以上、歪補正の部分を説明したがその他の部分、即ち電子部品装着装置としての機器構成、システム構成、動作フロー等は第1の実施の形態と同じなので説明は省略する。 The distortion correction portion has been described above, but the other portions, that is, the device configuration, the system configuration, the operation flow, and the like as the electronic component mounting apparatus are the same as those in the first embodiment, and thus the description thereof is omitted.
以上説明したように、本発明に係る第2の実施の形態によれば、第1の実施の形態と同
様に、カメラのレンズに起因する歪補正を行う際、歪補正治具501のx座標軸をカメラ
1017のI座標軸に対して角度α回転させることによってカメラが歪補正治具のパターン列を撮像する際量子化誤差が周期的に左右方向に均等に現れるようにすることにより、量子化誤差を相殺して低減することが可能となり、歪補正毎の補正データのばらつきが低
減され、結果として再現性の高い部品位置計測に基づいた高精度な電子部品装着が可能と
なる。
As described above, according to the second embodiment of the present invention, the x-coordinate axis of the
101…電子部品装着装置、102…基台、103…部品供給ユニット、104…供給
コンベア、105…位置決め部、106…排出コンベア、107、107’…部品装着ヘ
ッド、108…ビーム、109…Y軸駆動モータ、1010…ネジ軸、1011…ガイド
、1012…X軸モータ、1013…吸着ノズル、1014…上下軸モータ、1015…
θ軸モータ、1016…θ軸モータ、1017…部品位置認識用のカメラ、201…CP
U、202…RAM、203…ROM、204…インターフェース、205、206,2
07,208…駆動回路、209…キーボードドライバ、2010…キーボード、201
1…画像処理部、501…歪補正治具、502…撮像画像例、1601…歪補正治具保持
手段、1701…歪補正治具。
DESCRIPTION OF
θ-axis motor, 1016... θ-axis motor, 1017... camera for component position recognition, 201.
U, 202 ... RAM, 203 ... ROM, 204 ... interface, 205, 206, 2
07, 208 ... Drive circuit, 209 ... Keyboard driver, 2010 ... Keyboard, 201
DESCRIPTION OF
Claims (4)
歪補正パターンが形成された歪補正治具を前記部品装着ヘッドを用いて保持した状態で前記部品位置認識用カメラで撮像し、歪補正パターンの(x,y)座標系と、撮像面の(I,J)座標系の回転方向のずれ量を検出する回転ずれ検出するステップと、
前記回転ずれ量と、前記歪補正パターンを撮像面の(I,J)座標系に対し予め定められた回転角度の角度差分量を演算するステップと、
前記角度差分量分、前記部品装着ヘッドを回転させるステップと、
前記角度差分量分、前記部品装着ヘッドを回転させた後に、前記歪補正パターンを前記部品位置認識用のカメラで撮像して取得される歪補正パターンの画像を基に前記歪補正データを算出する算出するステップと、
前記補正データを前記記憶部に記憶するステップと、
を有すること特徴とする画像歪補正方法。 A component mounting head having a suction nozzle for sucking an electronic component and moving in the X direction and the Y direction, and an electronic component sucked by the suction nozzle of the component mounting head are defined in an (I, J) coordinate system. A camera for component position recognition that captures an image on the imaging surface and obtains an image of the electronic component, and an image of the electronic component acquired from the camera for component position recognition is calculated in advance and stored in the storage unit. Obtained by a camera in an electronic component mounting apparatus that includes an image processing unit that performs distortion correction based on the corrected distortion correction data and recognizes the position of the electronic component based on the image on which the distortion correction is performed An image distortion correction method for an electronic component mounting apparatus that performs distortion correction based on distortion correction data calculated in advance and stored in a storage unit for an image to be measured,
The distortion correction jig on which the distortion correction pattern is formed is captured by the component position recognition camera while being held using the component mounting head, and the (x, y) coordinate system of the distortion correction pattern and ( I, J) a step of detecting a rotational deviation for detecting a deviation amount in the rotational direction of the coordinate system;
Calculating an angular difference amount of a rotation angle determined in advance with respect to the (I, J) coordinate system of the imaging surface for the rotation deviation amount and the distortion correction pattern;
Rotating the component mounting head by the angle difference amount;
After the component mounting head is rotated by the angle difference amount, the distortion correction data is calculated based on an image of the distortion correction pattern acquired by imaging the distortion correction pattern with the component position recognition camera. A calculating step;
Storing the correction data in the storage unit;
An image distortion correction method characterized by comprising:
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