JP3883279B2 - 電子部品実装方法及び装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品をプリント基板又は液晶やプラズマディスプレイパネル基板などに自動的に実装する電子部品実装において実装すべき電子部品の装着面に存在するリードや電極などの接合部の位置検出を行う部品認識により検出された、上記電子部品の装着面に存在するリードや電極などの接合部の位置情報に基づき、上記電子部品を基板上に実装するようにした電子部品実装方法、及び上記部品認識により検出された、上記電子部品の装着面に存在するリードや電極などの接合部の位置情報に基づき、上記電子部品を基板上に実装するようにした電子部品実装装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の部品認識方法としては種々の構造のものが知られている。例えば、電子部品に対して可視光を照射し、対象物で反射した反射光をＣＣＤカメラで受けて、電子部品の装着面に存在するリードや電極などの接合部の位置検出を行うようにしたものが考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構造のものでは、電子部品の装着面に存在するリードや電極等の付近に突起などが存在して可視光を該突起で反射されると、リードや電極等からの反射光のほかに突起等からの反射光もＣＣＤカメラに入り、突起などがリードや電極等の認識すべき接合部に対してノイズとなり、突起が誤ってリード又は電極として認識されてしまうといった問題があった。
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、電子部品の装着面に存在するリードや電極等の接合部の付近の突起などを誤って接合部として認識することなく、上記電子部品の接合部の位置情報を正確に得ることができ、正確に得られた上記接合部の位置情報に基づき上記電子部品をより正確に実装することができる電子部品実装方法及び装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、電子部品の装着面に存在するリードや電極などの接合部に光を照射し、上記接合部からの反射光を基に高さ検出部で上記接合部の位置検出を行う部品認識により検出された、上記電子部品の上記接合部の位置情報に基づき、上記電子部品を基板上に実装する電子部品実装方法であって、
ヘッド部の部品保持部材で上記電子部品を保持し、
上記接合部の背後あるいは近接位置に存在しかつ上記光を反射するノイズ物体となり得るノイズリードが上記高さ検出部で検出する上記反射光の高さ計測領域外となるように上記高さ検出部の上記高さ計測領域を狭くすべく上記高さ計測領域の調整を行ったのち、上記調整後の高さ計測領域に基づき、制御部の部品形状情報記憶部内に格納されかつ実装プログラムに必要な実装情報の中の部品形状情報を参照して、上記制御部によりサーボコントローラを制御して上記部品保持部材の高さを調整して、上記ノイズリードを除去し、
上記制御部の制御の下に、上記実装プログラムに必要な実装情報の部品形状情報中から上記部品の高さデータを取り込み、
上記取り込まれた高さデータに基づき、上記高さ検出部により上記電子部品の位置を検出し、
上記高さ検出部により検出された上記電子部品の位置の情報に基づき、上記ヘッド部を駆動して上記部品保持部材により上記電子部品を上記基板の所定の位置に装着するようにしたことを特徴とする電子部品実装方法を提供する。
本発明の第２態様によれば、上記高さ検出部は、高さ検出センサーとして半導***置検出素子により上記接合部の高さを検出する第１態様に記載の電子部品実装方法を提供する。
本発明の第３態様によれば、上記ノイズ除去は、高さ計測可能領域内において高さ計測基準面を中心に上記接合部の高さ位置を検出しうる上記高さ計測領域を予め設定しておき、この高さ計測領域の範囲内でのみ上記接合部の高さ検出を行うようにした第１又は２態様に記載の電子部品実装方法を提供する。
本発明の第４態様によれば、上記ノイズ除去は、上記計測可能領域内において高さ計測基準面を中心に上記接合部の高さ位置を検出しうる上記高さ計測領域を高さ変換テーブルとして予め設定しておき、上記高さ変換テーブルにより、上記接合部の高さデータのうち上記高さ計測領域外にある高さデータを無効な高さデータとして取り扱い、上記高さ計測領域の範囲内にある高さデータを有効な高さデータとして取り扱い、上記有効な高さデータを基に上記接合部の高さ検出を行うようにした第１〜３態様のいずれかに記載の電子部品実装方法を提供する。
本発明の第５態様によれば、高さ計測領域の範囲内でのみ検出された上記電子部品の画像に対して上記電子部品の大きさから処理エリアを決定し、
上記電子部品の画像において上記決定された処理エリアのウィンドウ内をサンプリングして上記電子部品の中心及び傾きを大まかに検出し、
上記部品の大きさと上記電子部品の大まかな位置とを基に、上記電子部品の画像において全ての上記接合部の位置を検出し、
全ての上記接合部の位置から上記電子部品の画像における上記電子部品の正確な位置を検出するようにした第１〜４態様のいずれかに記載の電子部品実装方法を提供する。
本発明の第６態様によれば、電子部品の装着面に存在するリードや電極などの接合部に光を照射する照射装置と、
上記照射装置から照射された光が上記接合部で反射した反射光を基に上記接合部の位置検出をする高さ検出部と、
部品保持部材で上記電子部品を保持するとともに、上記反射光の高さ計測領域に基づき上記部品保持部材の高さを調整するヘッド部と、
実装プログラムに必要な実装情報が格納された部品形状情報記憶部と接続される制御部 と、
上記接合部の背後あるいは近接位置に存在しかつ上記光を反射するノイズ物体となり得るノイズリードが上記高さ検出部で検出する上記反射光の上記高さ計測領域外となるように上記高さ検出部の上記高さ計測領域を狭くすべく上記高さ計測領域の調整を行ったのち、上記調整後の高さ計測領域に基づき、上記制御部の上記部品形状情報記憶部内に格納されかつ上記実装プログラムに必要な上記実装情報の中の部品形状情報を参照して、上記制御部によりサーボコントローラを制御して上記部品保持部材の高さを調整して、上記ノイズリードを除去するノイズ除去部とを備え、
上記制御部は、上記実装プログラムに必要な実装情報の部品形状情報中から上記部品の高さデータを取り込み、上記取り込まれた高さデータに基づき、上記高さ検出部により上記電子部品の位置を検出し、上記高さ検出部により検出された上記電子部品の位置の情報に基づき、上記ヘッド部を駆動して上記部品保持部材により上記電子部品を上記基板の所定の位置に装着するように制御するようにしたことを特徴とする電子部品実装装置を提供する。
本発明の第７態様によれば、上記高さ検出部は、高さ検出センサーとして半導***置検出素子により上記接合部の位置を検出する第６態様に記載の電子部品実装装置を提供する。
本発明の第８態様によれば、上記ノイズ除去部は、高さ計測可能領域内において高さ計測基準面を中心に上記接合部の高さ位置を検出しうる高さ計測領域を予め設定しておき、この高さ計測領域の範囲内でのみ上記接合部の高さ検出を行うようにした第６又は７態様に記載の電子部品実装装置を提供する。
本発明の第９態様によれば、上記ノイズ除去部は、上記計測可能領域内において高さ計測基準面を中心に上記接合部の高さ位置を検出しうる上記高さ計測領域を高さ変換テーブルとして予め設定しておき、上記高さ変換テーブルにより、上記接合部の高さデータのうち上記高さ計測領域外にある高さデータを無効な高さデータとして取り扱い、上記高さ計測領域の範囲内にある高さデータを有効な高さデータとして取り扱い、上記有効な高さデータを基に上記接合部の高さ検出を行うようにした第６〜８態様のいずれかに記載の電子部品実装装置を提供する。
本発明の第１０態様によれば、高さ計測領域の範囲内でのみ検出された上記電子部品の画像に対して上記電子部品の大きさから処理エリアを決定する処理エリア決定手段と、
上記電子部品の画像において上記決定された処理エリアのウィンドウ内をサンプリングして上記電子部品の中心及び傾きを大まかに検出する重心及び傾き検出手段と、
上記部品の大きさと上記電子部品の大まかな位置とを基に、上記電子部品の画像において全ての上記接合部の位置を検出する接合部位置検出手段と、
全ての上記接合部の位置から上記電子部品の画像における上記電子部品の正確な位置を検出する接合部中心及び傾き検出手段とを備えるようにした第６〜９態様のいずれかに記載の電子部品実装装置を提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明にかかる第１実施形態の部品認識方法は、電子部品の装着面に存在するリードや電極などの接合部の位置情報を正確に得るために、高さ検出センサーで検出できる高さ計測領域を上記接合部のみ検出し、他のノイズ物体は検出しないように限定するものである。すなわち、第１実施形態としては、上記接合部に対して高さ検出したい計測領域が予めわかっている場合に、高さデータ入力時に、計測領域外にある高さデータを、高さ変換テーブルで、正常な高さデータとして認識されない特定の値に変換するようにしている。具体的には、例として、８ビットで表す高さ計測領域内にノイズとなる物体が含まれている場合に適用する。なお、事前に高さ位置関係を算出して、高さ計測領域を限定しておくのが好ましい。
【０００６】
図１は本発明の第１実施形態にかかる部品認識方法を実施することができる部品認識装置を備えた電子部品実装装置の全体概略図であり、対象物の一例として電子部品２をノズル７ａで吸着したヘッド部７が、電子部品２の装着面に存在するリード２ａや電極等の接合部の高さを検出する高さ検出部６０２の高さ検出センサー８上をＸ軸方向に等速で移動することにより電子部品２の高さデータを得る状態を示している。すなわち、図１，１４において、１は電子部品実装装置の実装装置本体、２は本装置で実装される電子部品（以下、部品と略記する）、３は部品２が載っているトレー、４はトレー３に載った部品２を自動供給する部品供給部としてのトレー供給部、７は実装時に部品２をノズル７ａで吸着したのちノズル７ａを支持するノズル高さ軸をノズル高さ軸上下用サーボモーター７ｍにより駆動して上下動させて上記吸着した部品２を基板に装着するヘッド部、５はヘッド部７をｘ軸方向に移動させるものであって、ＸＹロボット６００の一部を構成するｘ軸側のロボット（以下、ｘ軸ロボットと略記する）、６ａ及び６ｂはヘッド部７をｘ軸ロボット５とともにｙ軸方向に移動させるＸＹロボット６００の一部を構成するｙ軸側のロボット（以下、ｙ軸ロボットと略記する）、８は図１４の高さ検出部６０２の高さ検出センサーの一例としての３次元（以下、３Ｄと略記する）センサーであり、部品２の高さ画像を撮像する。９は部品２が実装されるプリント基板である。
【０００７】
トレー３に載っている部品２がヘッド部７で吸着され３Ｄセンサー８上をｘ軸ロボット５に沿って移動するときに、３Ｄセンサー８によって部品２の３Ｄ（高さ）画像が取り込まれる。３Ｄセンサー８によって得られた（高さ）画像をソフトウェア処理して、部品２のリード等の高さ（位置）検査を行い、位置決め情報に従って、部品２がプリント基板９上の所定の位置に装着される。
【０００８】
次に、上記３Ｄセンサー８の構成と働きについて、以下に詳細に説明する。
図２は３Ｄセンサー８の検出素子として半導***置検出素子（Position Sensitive Detector）（以下、ＰＳＤと略記する）１７ａ，１７ｂが２系統設置されていることを示すものであって、３Ｄセンサー８をｘ軸方向に見た構成図（断面図）であり、図３はレーザー光を反射するポリゴンミラー１２の反射面が変わる毎に受光素子１９にレーザー光が入射してポリゴン面原点信号２０を発生させる状態を示すものであって、３Ｄセンサー８をｙ軸方向に見た構成図（断面図）である。図２および図３において、５はｘ軸ロボット、７はヘッド部、２は吸着された部品、１０はレーザー光を発光する半導体レーザー、１１はこのレーザー光を集光整形する集光整形レンズ、１２はミラー面に当たったレーザー光を機械的回転によって走査させるポリゴンミラー、１３はレーザー光の一部を通過させ一部を反射させるハーフミラー、１４は光を反射させるミラーである。
【０００９】
また、１５はポリゴンミラー１２で機械的に振られたレーザー光を被写体である部品２に垂直に投射させるように光路変換させるＦ−θレンズ、１６ａ，１６ｂは部品２に当たったレーザー光の反射（散乱光）を結像させる結像レンズ、１７ａ，１７ｂは部品２に当たったレーザー光の反射光が結像レンズ１６ａ、１６ｂを通して結像される位置検出素子としてのＰＳＤであり、結像した光の位置と相関のある電気信号を発生する機能を有する。１８ａ，１８ｂはＰＳＤ１７ａ，１７ｂの出力信号である。
【００１０】
ここで、半導体レーザー１０で発光されたレーザー光は、集光整形レンズ１１でビーム形状を集光整形された後、ハーフミラー１３を通過し、ミラー１４を反射して、ポリゴンミラー１２に当たる。ポリゴンミラー１２は定速回転運動をしており、ミラー面に当たったレーザー光は振られることとなる。更に、Ｆ−θレンズ１５で光路変換されたレーザー光は部品２に垂直に当てられ、この反射光が結像レンズ１６ａ，１６ｂを介してＰＳＤ１７ａ，１７ｂに結像され、ＰＳＤ１７ａ，１７ｂが部品２のレーザー反射面の高さを計測し得る出力信号１８ａ，１８ｂを発生する。
【００１１】
また、１９は光が入力されたことを感知する受光素子（光センサー）、２０は光センサー１９に光が入力されたことを外部に知らせる信号であり、この信号はポリゴンミラー１２の各ミラー面が所定の角度に来たとき変化するもので、いわば、ポリゴンミラー１２の各面の原点信号（面原点）にあたる。更に、例えば１８面のポリゴンミラー１２であれば一回転に１８回の信号が、各々等間隔（１８面であれば２０度毎）の角度だけ回転したとき出力されることとなる。これをポリゴンミラー１２の回転量信号と呼ぶ。
【００１２】
上記第１実施形態における３Ｄセンサー８は、２系統のＰＳＤ回路を有しているが、これは１系統ではレーザー光が部品に当たったときに、角度的にＰＳＤに反射光が帰ってこない場合があるため、これを補うのが主な目的で設けている。３系統以上設けるほうが有効な場合もあるが、技術的には同じことであり、ここでは２系統で説明する。
ここで、前記の半導***置検出素子（ＰＳＤ）１７ａ，１７ｂによる計測対象物である部品２上の高さの測定方法の一例を、半導***置検出素子１７ａの場合について代表して、図５に基づいて説明する。
図５において、Ｆ−θレンズ１５から紙面に垂直方向に走査して部品２上に投射されるレーザビームは、部品２から乱反射する。この場合、投射された点が、部品２の底面上の高さ０のＡ1点と前記底面から高さＨのＢ1点とであるとすると、乱反射したレーザビームは結像レンズ１６ａによって集光され、それぞれが半導***置検出素子１７ａ上のＡ2点とＢ2点とに結像する。その結果、Ａ2点とＢ2点とに起電力が発生し、それぞれＣ点から電流Ｉ1，Ｉ2、Ｄ点から電流Ｉ3，Ｉ4が取り出される。電流Ｉ1，Ｉ3は、Ａ2点とＣ点との間の距離ｘAとＡ2点とＤ点との間の距離に比例する抵抗成分によって決まり、電流Ｉ2，Ｉ4は、Ｂ2点とＣ点との間の距離ｘBとＢ2点とＤ点との間の距離とに比例する抵抗成分によって決まるので、半導***置検出素子１７ａの長さをＬとすると、図５のｘA，ｘBは次式のようにして決まる。
ｘA＝ＬＩ3／（Ｉ1＋Ｉ3）
ｘB＝ＬＩ4／（Ｉ2＋Ｉ4）
従って、図５の半導***置検出素子１７ａ上でのＡ2点とＢ2点との間の距離Ｈ’は次式で決まる。
Ｈ’＝ｘA−ｘB
このようにして求められたＰＳＤ上の高さＨ’に基づいて前記高さＨが決定される。
【００１３】
次に、上記第１実施形態の電子部品認識装置における３Ｄ画像を撮像する仕組みについて、図４を用いて説明する。
図４は上記第１実施形態の電子部品認識装置の３Ｄセンサー８からの出力信号の説明図である。図４において、２は部品、５はｘ軸ロボット、７はヘッド部、８は３Ｄセンサー、１８ａ，１８ｂはＰＳＤ出力、２０はポリゴン面原点信号（回転量信号）、２１は画像処理制御部、２２はｘ軸ロボット５上で３Ｄ画像の撮像のための基準位置を画像処理制御部２１に知らせる基準位置センサー、２３はヘッド部７がこの基準位置センサー２２を通過したときに、これを画像処理制御部２１に知らせる基準位置信号、２４はｘ軸ロボット５を移動させるサーボモーター、２４ａはサーボモーター２４のエンコーダー、６０１はサーボモーター２４を制御するサーボコントローラー、２５はエンコーダー２４ａの出力するエンコーダー信号である。又、図１４において、２００は電子部品認識装置の主制御部である。
なお、ｙ軸ロボット６ａ，６ｂもそれぞれ基本的にはｘ軸ロボット５と同様な構造となっており、ｙ軸ロボット駆動用のサーボモーターを駆動してヘッド部７の代わりにｘ軸ロボット５を移動させ、このサーボモーターはサーボコントローラー６０１で動作制御される。また、公知のように、ヘッド部７のノズル７ａをその中心軸回りにθ方向に回転させるときも、サーボコントローラー６０１でθ方向回転用サーボモーターを動作制御する。また、公知のように、ヘッド部７のノズル７ａの高さ調整のためノズル７ａを支持するノズル高さ軸を上下動させるときも、サーボコントローラー６０１で上下動用のサーボモーター７ｍを動作制御する。
【００１４】
トレー３からピックアップされた部品２がｘ軸ロボット５上を移動するとき、エンコーダー２４ａは常にエンコーダー信号（ＡＢ相、Ｚ相またはこれと等価な信号）２５を画像処理制御部２１に与えており、基準位置センサー２２を部品２が通過するとき、基準位置信号２３が画像処理制御部２１に与えられることから、この両方の信号で部品２のｘ軸ロボット５上の基準位置からの相対位置を画像処理制御部２１が算出できる。
【００１５】
一方、３Ｄセンサー８内にあるポリゴンミラー１２の回転量は、これが回転している間、ポリゴン面原点信号（回転量信号）２０として常に画像処理制御部２１に与えられており、これと基準位置信号２３とからポリゴンミラー１２の基準位置通過後の回転量を算出することができる。
【００１６】
ここで、ポリゴンミラー１２の回転量はその速度に比例して増加し、ｘ軸ロボット５の移動量も同様のことが言える。一方、上記第１実施形態における３Ｄセンサー８では、ポリゴンミラー１２と３Ｄ画像撮像時のｘ軸ロボット５は各々等速に回転・直進することを前提としている。もしも、この条件が乱れる場合には、撮像される３Ｄ画像の水平・垂直方向の一画素当たりの分解能（画素サイズ）が速度ムラに応じてバラつくこととなる。これは、計測精度上の誤差要因である。そこで上記第１実施形態の電子部品認識装置では、上記構成の３Ｄセンサー８で３Ｄ画像を画像処理制御部２１内にある画像メモリ（図１４参照）に取り込むとともに、基本的に等速回転運動しているポリゴンミラー１２と、サーボモーター２４等のモーターで駆動されているヘッド部７の間の動作の整合性を監視・制御するために、ポリゴンミラー１２のポリゴン面原点信号（回転量信号）２０とモーターのエンコーダー信号２５とを用いるものである。
【００１７】
図６は、上記第１実施形態である電子部品認識方法において３次元センサー８を使用して位置検出することが有効な電子部品の斜視図である。この電子部品２は、ボディ２ｐから横方向に突出して下方に屈曲して延びる左右４本ずつのリード２ａを備え、平面的に見れば、右側の４本のリード２ａのうち手前から１本目と２本目のリード２ａの間及び２本目と３本目のリード２ａにそれぞれ突起２ｃが横方向に突出しており、かつ、後端のリード２ａの上方に上下方向に重なるように大きな突起２ｂが横方向に突出しているものである。このような電子部品２は、通常の電子部品の組立では、ごくまれにしか装着しない特殊な部品と考えることができる。しかし、問題は、このような電子部品２を装着しなければならなくなったとき、どれくらい短時間で実現可能にするかということである。例えば、携帯電話やパーソナルコンピュータに代表されるように３カ月〜６カ月程度の短い寿命の商品に使用する基板では、通常は、特殊な部品対応のために、新たに画像処理プログラムを作成して使用するといった１週間以上の時間を要するような対応は許されないものである。よって、このような図６に示すような部品２でもそのリード２ａの位置を正確に検出することが要求されるようになってきている。
【００１８】
図７は、図６の電子部品２のリード２ａ及びノイズとなる突起２ｂ，２ｃの位置と上記第１実施形態である電子部品認識方法における高さ計測領域との関係を説明するための図である。この上記第１実施形態では、８ビット画像処理を採用しているため、高さデータとしては０〜２５５までの２５６通りの数値を扱うことができる。上記第１実施形態では、便宜上、レーザー光のビーム径が最小となる位置である高さ計測の基準面を１２８の数値の位置とし、この１２８の数値を基準にして、高さの座標軸を上下方向において電子部品２から３Ｄセンサー８の方向に取り、上端の０から高さ計測の基準面を１２８の数値を通過して下端の２５５までの数値を与えて、高さ計測可能領域を０から２５５までの２５６通りの数値の位置として表し、高さ計測中心位置を１２８で表すようにする。また、高さデータとして０や２５５などの値は、「高さデータが正しく得られなかった」などのエラーを表現するために使用している。尚、３Ｄセンサーの高さ計測可能領域及びその中心位置は、３Ｄセンサーの光学系設計によって物理的に決まる。通常、電子部品を認識させるときには、電子部品の装着面が、３Ｄセンサーの高さ計測中心位置になるように、高さ方向の位置決めをして、電子部品の高さ画像を取り込むようにしている。本実施形態では、高さ方向の分解能を１０μｍにとるようにすれば、高さ計測可能領域は約±１．２ｍｍとなる。従って、電子部品のノイズリードがこの領域外にある場合には、高さ計測領域の範囲を調整する必要はない。一方、後記するように高さ計測領域の範囲を調整する必要があるのは、ノイズ物体がこの約±１．２ｍｍ内に入り込んでしまい、接合部と異なる高さを持つときである。
【００１９】
図９は、上記第１実施形態にかかる電子部品認識方法を使用して電子部品を装着する手順を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１において、主制御部２００の制御の下にヘッド部７のノズル７ａでトレー３から電子部品２を吸着する。
次いで、ステップＳ２において、高さ計測領域の調整が必要か否かを作業者が部品形状などを見て判断する。高さ検出したい高さ計測領域が予めわかっており、高さ計測領域の調節が必要な場合には、ステップＳ３に進む。高さ計測領域の調整が不要ならばステップＳ４に進む。 ステップＳ３においては、高さ検出したい高さ計測領域が予めわかっている場合のみ実施し、高さ計測領域の調整を行う。この高さ計測領域の調整は、例えば、作業者が電子部品２のリード２ａとノイズ物体となり得る突起２ｂ，２ｃとの距離を見て、リード２ａの高さ計測領域内に突起２ｂ，２ｃが入り込むとステップＳ２で判断した場合に、突起２ｂ，２ｃがリード２ａの高さ計測領域外となるように高さ計測領域を狭くすることにより行う。
【００２０】
次いで、ステップＳ４においては、高さ計測領域に基づき、主制御部２００によりサーボコントローラ６０１を制御してノズル７ａの高さを調整する。ノズル７ａの高さをどの程度の高さに調整するかは、電子部品２の形状から作業者が判断して、主制御部２００の部品形状情報記憶部６２０内に格納されかつ実装プログラムに必要な実装情報の中の部品形状情報内に事前に組み込んでおけばよい（なお、部品形状情報については、図１４の説明を参照。）。通常の部品２の場合には、調整量ゼロ、つまり高さ計測領域の高さ計測基準面と電子部品２の実装面とが一致するように、主制御部２００を介してサーボコントローラー６０１の制御によりノズル高さ軸上下用サーボモーター７ｍを駆動してノズル７ａを支持するノズル高さ軸を、上下動させてノズル７ａの下端の高さを調整して部品装着面を高さ計測領域の高さ計測基準面に位置決めし、高さ計測を行うことが好ましい。一般には、高さ調整が必要な部品は、図６に示されるような特殊な部品のみであると考えられる。
次いで、ステップＳ５において、主制御部２００の制御の下に、実装プログラムに必要な実装情報の部品形状情報中から部品２の高さデータを図１４に示す画像メモリ３０５に取り込む。この画像メモリ３０５には、８ビットの高さデータが格納されるようになっており、Ｘ軸側のとＹ軸側のアドレスを別々に指定することにより、特定の位置の高さデータを画像メモリ３０５から読み出すことができるようになっている。
【００２１】
次いで、ステップＳ６において、３Ｄセンサー８により部品２の位置を検出する。詳しくは、下記する図１０のステップＳ６ＡからステップＳ６Ｅに示す。
次いで、ステップＳ７において、主制御部２００の制御の下に、３Ｄセンサー８により認識された高さ位置情報に基づき、部品２をプリント基板９の所定の位置に装着する。
【００２２】
図１０は図９のステップＳ６において、高さデータからの部品２の位置検出手順を詳細に示すものである。
まず、ステップＳ６Ａでは、部品形状情報の中に格納されている部品２の大きさから処理エリアを決定する。たとえば、処理エリアのＸ及びＹ方向のサイズを、画面上での部品２の大きさの２倍に設定する。図１１（Ａ）に、一例として、部品２の大きさから決定された処理エリアを矩形のウィンドウ５００で示す。図１１（Ａ）によれば、処理エリアである矩形のウィンドウ５００が、部品２の画像２０２に対してその大きさの大略２倍に設定することにより、部品２のリード２ａの画像２０２ａがウィンドウ５００内に余裕を持って入ることを示している。
【００２３】
次いで、ステップＳ６Ｂにおいて、図１７に示すような処理エリア内をサンプリングして各位置での高さデータを示す輝度を基に図１８に示すように輝度ヒストグラムを作成したのち、この輝度ヒストグラムにおいて、高さ検出すべき対象物である接合部例えばリード２ａの高さデータとノイズ物体の高さデータとを分離させるためにしきい値をヒストグラム法を用いて算出して設定する。ここで、ヒストグラムのしきい値より左側の棒グラフ部分としきい値より右側の棒グラフ部分の面積の割合は、図１７の処理エリアの背景領域の面積と対象物の面積の割合に等しくなる。よって、ヒストグラム法によるしきい値の算出は以下のように行っている。まず、画像メモリ内で、対象物が含まれる領域を定める。次に、Ｘ方向、Ｙ方向、それぞれ等間隔にサンプリングして、画像データを読み出し、画像データのヒストグラムを作成する。対象物の接合部のように、相対的に高い値を持つ画像データの出現率は、予め定めたサンプリング領域（ここでは、この面積を面積Ａとする。）に占める接合部（ここでは、この面積を面積Ｂとする。）の、面積の割合（Ｓ％＝１００＊Ｂ／Ａ）に等しい。従って、輝度ヒストグラムを右端の頻度から順に加算し、ヒストグラムの面積のＳ％になるところまでがリードに相当する画像データを表している。従って、Ｓ％を示す画像データの値をしきい値とする。
【００２４】
次いで、ステップＳ６Ｃにおいて、処理エリアのウィンドウ５００内をサンプリングして、上記しきい値を使用して高さ計測領域内で検出される有効な高さデータを基に部品２の中心及び傾き（処理エリア内のウィンドウの横軸のＸ軸と縦軸のＹ軸に対する傾斜角度）を大まかに検出する。たとえば、以下の（数１）及び（数２）の算出式に従うことで部品２の中心及び傾きを求めることができる。図１１（Ｂ）は上記処理エリア５００内をサンプリングして部品２の大まかな中心と傾きが求めることを示す図である。サンプリングの例としては、Ｘ軸方向に１画素おきに高さデータをサンプリングしてＸ軸方向の最後の画素の高さデータまで取り込むと、次にＹ軸方向に１画素を飛ばして２画素目まで進み、先ほどと同様にＸ軸方向に１画素おきに高さデータをサンプリングしてＸ軸方向の最後の画素の高さデータまで取り込むことをウィンドウ５００内の全てのエリアに対して行う。
【００２５】
ここでは、まず、部品２の中心を大まかに求めるためには、処理エリア５００内をサンプリングして高さデータＨ（ｘ，ｙ）を画像メモリ３０５から読み出す。前述したように、画像メモリ３０５には、８ビットの高さデータが格納されており、Ｘ，Ｙアドレスを別々に指定することにより、特定の位置の高さデータを画像メモリ３０５から読み出すことができる。そして、次の（数１）によって中心位置（Ｘｃ，Ｙｃ）を算出する。
【数１】
ただし、Ｈ（ｘ，ｙ）＞ＴＨＬのとき、ρ（ｘ，ｙ）＝１とする。
また、Ｈ（ｘ，ｙ）≦ＴＨＬのとき、ρ（ｘ，ｙ）＝０とする。
ここで、ＴＨＬは、各位置での高さデータを示す輝度を基に、図１５のプログラムメモリ３０１に格納されているしきい値算出手段４０８により輝度ヒストグラムを作成したのち、この輝度ヒストグラムにおいて高さ検出すべき接合部例えばリード２ａとノイズ物体とを分離させるためにしきい値算出手段４０８内に設定するしきい値であり、処理エリアであるウィンドウ５００内をサンプリングして、認識対象物と思われるリード２ａの高さを推定し、それよりも若干低い値に設定する。あるいは、固定値を設定しても良い。例えば、上記第１実施形態では、高さ計測の基準面の１２８の数値が部品２の装着面に相当するので、しきい値ＴＨＬは８０の数値（装着面から０．４８ｍｍ上の位置）とする。
【００２６】
また、傾きθ1の検出は以下の(数式２）により求める。
【数２】
ただし、Ｈ（ｘ，ｙ）＞ＴＨＬのとき、ρ（ｘ，ｙ）＝１とする。
また、Ｈ（ｘ，ｙ）≦ＴＨＬのとき、ρ（ｘ，ｙ）＝０とする。
【００２７】
次いで、ステップＳ６Ｄにおいて、部品形状情報と部品２の大まかな位置とを基にリード２ａの位置を検出する。すなわち、図１２（Ａ）に示すように、ステップＳ６Ｃで求めた上記部品２の大まかな中心及び傾きと、メインコントローラ２００から送られてきた部品形状情報のうちのボディ２ｐの幅と奥行きとを使用して、個々のリード２ａが存在する位置を推定し、各リード２ａを包含する小さな小ウィンドウ５０１を設定する。この小ウィンドウ５０１は、例えば、リード２ａの画像２０２ａに対してその大きさの大略２倍に設定する。この小ウィンドウ５０１内をサンプリングして、各リード２ａの中心位置５０２を検出する。サンプリングの例としては、Ｘ軸方向に１画素おきに高さデータをサンプリングしてＸ軸方向の最後の画素の高さデータまで取り込むと、次にＹ軸方向に１画素を飛ばして２画素目まで進み、先ほどと同様にＸ軸方向に１画素おきに高さデータをサンプリングしてＸ軸方向の最後の画素の高さデータまで取り込むことを小ウィンドウ５０１内の全てのエリアに対して行う。上記部品形状情報には、部品２の２ｐの大きさ（ボディ高さ、ボディ幅、ボディ奥行き）、リード本数、リード長さ、リード幅、リードピッチなど、個々のリード２ａが存在する位置を計算するのに必要な情報を予め格納しておく。
【００２８】
次いで、ステップＳ６Ｅにおいて、全てのリード位置(リード中心位置の座標）から部品２の正確な位置を検出する。図１２（Ｂ）は全てのリード位置から部品２の正確な中心と傾きを算出する状態を説明するための図である。例えば、中心位置は、全てのリード位置の加算平均で求め、傾きは、ボディ２ｐを挟んで向かい合うリード２ａの各リード中心位置間の中点を算出し、４つの中点を近似する十字の直線５０３で表すことができる。図１３は、このようにして求めた部品２の正確な中心と傾きの算出結果の例を示す。図１３において、直線５０４は部品２の傾きを示し、直線５０４と直交する４本の直線５０５と左右４個ずつのリード２ａの画像２０２ａの中心線との交点５０６がリード２ａの中心位置座標となる。
【００２９】
ここで、上記第１実施形態と従来技術との比較のため、図６の電子部品２を従来技術であるＣＣＤカメラで撮影したときの画像１０２を図８（Ａ）に模式的に示す。突起２ｃに対応するノイズ１０２ｃが２本のリード２ａの画像１０２ａの間に存在するため、リード２ａの画像１０２ａを検出するときに、ノイズ１０２ｃの影響を受けないようにノイズ１０２ｃを除去する「ノイズリード除去処理」を施す必要がある。また、最後端のリード２ａの画像１０２ａが突起２ｂに対応するノイズ１０２ｂに完全に包含されるため、最後端のリード２ａの位置検出を行うためには「低コントラストリード検出処理」（画像強調処理）が必要になる。また、「ノイズリード除去処理」や「低コントラストリード検出処理」の能力によっては、認識位置ずれや認識不可などの事態も予想され、信頼性も低下するといった問題がある。ただし、ここでは、ノイズ１０２ｃもノイズ１０２ｂもリード２ａの画像１０２ａと同じくらい明るい物体であると想定している。
【００３０】
これに対して、上記第１実施形態では、高さ計測可能領域内において高さ計測基準面である１２８の数値を中心にリード２ａの高さ位置を検出しうる高さ計測領域を予め設定しておき、この高さ計測領域の範囲内でのみ高さ検出を行うようにするので、高さ計測領域内に位置するリード２ａの高さのみ検出することができ、高さ計測領域外の突起２ｂ，２ｃの高さを検出しないため、図８（Ｂ）に示すように、リード２ａの画像２０２ａのみを持つ電子部品２の画像２０２を取り込むことができる。すなわち、従来技術で検出されてしまったノイズ１０２ｃとノイズ１０２ｂが、上記第１実施形態の部品認識方法では３Ｄセンサー８の高さ計測領域外にあるため、３Ｄセンサー８では、ノイズ１０２ｃとノイズ１０２ｂが全く検出されない。つまり、従来技術で必要だった、「ノイズリード除去処理」や、「低コントラストリード検出処理」は全く必要はない。したがって、従来の方法に比べて、上記第１実施形態によれば、画像処理時間を短縮できるだけでなく、認識の信頼性も大幅に向上するという効果がある。
【００３１】
従って、上記第１実施形態にかかる部品認識方法によれば、高さ計測可能領域内において高さ計測基準面を中心にリード２ａの高さ位置を検出しうる高さ計測領域を予め設定しておき、この高さ計測領域の範囲内でのみ高さ検出を行うようにしたので、高さ計測領域内に位置するリード２ａの高さのみ検出することができ、高さ計測領域外の突起２ｂ，２ｃの高さを検出することがない。よって、電子部品２の装着面に存在するリード２ａや電極等の付近にノイズとなる突起２ｂ，２ｃなどが存在しても、突起２ｂ，２ｃなどを誤ってリード２ａや電極等として認識することなく正確に認識することができて、上記電子部品２の装着面に存在するリード２ａや電極などの接合部の位置情報を正確に得ることができる。よって、この正確に得られた上記接合部の位置情報に基づき上記電子部品２の実装を行えば、電子部品２をより一層正確に実装することができる。
【００３２】
図１４は上記上記第１実施形態の部品認識方法を実施するための部品認識装置の詳細なブロック図である。
図１４において、主制御部２００は、図１に示される電子部品実装装置全体の動作を制御する。たとえば、サーボコントローラー６０１を介して電子部品実装装置のヘッド部７の位置を制御し、電子部品２の吸着、移動、プリント基板９への装着を行う。また、装着を行う電子部品２の部品形状情報（部品ボディ２ｐの大きさ（ボディ高さ、ボディ幅、ボディ奥行き）、リード本数、リード長さ、リード幅、リードピッチなど）を主制御部２００の部品形状情報記憶部６２０からシステムバス２０１及び２ポートメモリ３０６を介して部品認識装置のワークメモリ３０２に転送し、電子部品２の高さ画像入力、電子部品２の位置検出を行わせる。また、電子部品２の位置検出結果は、画像処理制御部２１からその２ポートメモリ３０６を介して主制御部２００に入力し、主制御部２００により電子部品実装装置全体の動作を制御して、電子部品２をプリント基板９に装着する際のＸ，Ｙ，θ方向の位置補正計算に用いる。そして、位置（Ｘ，Ｙ，θ）補正計算結果に基づいて、主制御部２００により、ノズル７ａをθ方向に回転させて電子部品２の回転位置を補正するとともに、ＸＹ方向については電子部品２の装着位置に補正計算結果を加味して、ヘッド部７をＸＹ方向に移動させ、電子部品２をプリント基板９の所定位置に装着する。
【００３３】
一方、上記したように、上記ｘ軸ロボット５では、電子部品２を吸着したヘッド部７は、サーボモーター２４の回転によりＸ軸５上を移動する。電子部品２の高さデータ入力は、電子部品２を吸着したヘッド部７が、基準位置センサー２２の左側から右側に向かって、３Ｄセンサー８上を等速で移動することでなされる。ヘッド部７が基準位置センサー２２を通過すると基準位置信号２３が出力されて、画像処理制御部２１に通知される。 このｘ軸ロボット５を含むＸＹロボット６００では、サーボコントローラ６０１が、Ｘ軸・Ｙ軸・θ軸・ノズル高さ軸の位置制御を行う。特に、Ｘ軸のモータエンコーダ信号は、ヘッド部７のＸ軸上での位置を教えるため、また、Ｘ軸からの基準位置信号は、ヘッド部７が高さ計測開始位置に来たことを教えるため、それぞれ、画像処理制御部２１のタイミング制御部３０７に入力され、タイミング制御部３０７において高さデータを画像メモリ３０５に取り込むスタートタイミングを測るのに用いられる。
【００３４】
上記したように、上記高さ検出部６０２の高さ検出センサー８では、対象物から反射してきたレーザー光を計測する受光系は、レーザー光の反射ばらつきを考慮して２系統（チャネルＡとチャネルＢ）設け、信頼性を確保している。各受光系では、ＰＳＤ１７ａ，１７ｂで検出した微弱な信号を、プリアンプ３１０ａ，３１０ｂで増幅し、ＡＤコンバーター（アナログ?デジタルコンバーター）３１１ａ，３１１ｂで１２ビットのデジタルデータに変換し（高さ演算の精度を確保するため、ここでは１２ビットのデジタルデータに変換している）、画像処理制御部２１の高さ演算部３１２ａ，３１２ｂへ入力している。また、ポリゴンミラー１２は常時回転しており、図５で示される機構によって、ポリゴン面原点信号をクロック発生部３０９に入力している。クロック発生部３０９では、高さデータをメモリに書き込む際に必要になる基準クロック（ＣＬＫ）を発生させると共に、ポリゴン面原点信号２０を基にして、高さデータ取り込みに必要な水平同期信号（ＨＣＬＲ）を発生させ、それぞれ画像処理制御部２１のタイミング制御部３０７に入力している。
【００３５】
高さ検出部６０２の３Ｄセンサー８からプリアンプ３１０ａ，３１０ｂ及びＡＤコンバーター３１１ａ，３１１ｂによりデジタル化されたＰＳＤ信号は、高さ演算部３１２ａ，３１２ｂで８ビットの高さデータに変換される。チャネル選択部３０３は、２系統（チャネルＡとチャネルＢ）ある高さデータをリアルタイムで比較し、それぞれのタイミングで確からしい方の高さデータを選択している。たとえば、チャネルＡの高さ計算時にゼロによる割り算が発生すれば、チャネルＡの高さデータには異常を表す２５５が与えられるので、このような場合には、チャネルＢの値を選択する。もし両チャネルが２５５の異常値を示せば、高さデータとして２５５が出力される。また、両チャネルの高さデータが正常値であれば、両チャネルの高さデータの加算平均値が出力される。チャネル選択部３０３から出力された高さデータは、高さ変換部３０４で高さ計測領域外にある高さデータを無効値（例えばゼロ）に変換して画像メモリ３０５に格納される。高さデータの画像メモリ３０５への格納は、タイミング制御部３０７によって制御されており、タイミング制御部３０７では、ＸＹロボット６００から基準位置信号を受けた後、予め定めておいたヘッド部移動距離としてエンコーダ信号２５をカウントしたのち垂直同期信号（ＶＣＬＲ）を生成し、高さデータ取り込み開始信号として画像メモリ３０５へ入力している。垂直同期信号（ＶＣＬＲ）を生成するのに、基準位置信号を受けた後、予め定めておいたヘッド部移動距離をエンコーダ信号でカウントするのは、通常基準位置センサー２２を高さデータ取り込み開始位置に正確に取り付けるのは不可能なためである。画像メモリ３０５に格納された高さデータは、プログラムに従って動作するＣＰＵ３００によって画像処理され、認識対象物である電子部品２の位置検出などが行われる。プログラムは、プログラムメモリ３０１に格納されている。電子部品２の幾何特徴を格納している部品形状情報記憶部６２０の部品形状情報（部品のボディの大きさ（ボディ高さ、ボディ幅、ボディ奥行き）、リード本数、リード長さ、リード幅など）は、高さ画像入力に先立ち、２ポートメモリ３０６を介して主制御部２００側から事前に送られてくる。認識対象物の位置検出は、上記したように、この部品形状情報を基に行われる。尚、ワークメモリ３０２は、認識対象物の位置検出を行う上で、中間結果を格納する場所として使用される。このように、ノイズ除去部の例としての高さ変換部３０４において高さ変換テーブルを使用した場合、変換速度が速く、部品認識速度を向上させることができる。
【００３６】
図１５は図１４のプログラムメモリ３０１に含まれる機能的な手段を示しており、処理エリア決定手段４０１と、重心検出手段４０２と、傾き検出手段４０３と、接合部位置検出手段として機能するリード位置検出手段４０４と、接合部中心及び傾き検出手段として機能する対象物中心・傾き検出手段４０５と、高さデータクリップ手段４０６と、高さ変換テーブル設定手段４０７と、しきい値算出手段４０８とを備えている。これらは、通常はソフトウェアでそれぞれ構成される。
処理エリア決定手段４０１は、図１０のステップＳ６Ａの動作を行うものであって、部品２の大きさから画像メモリ３０５中の処理エリアを決定する。
重心検出手段４０２は、図１０のステップＳ６Ｃの中心算出を行う。
傾き検出手段４０３は、図１０のステップＳ６Ｃの傾き算出式を行う。
リード位置検出手段４０４は、図１０のステップＳ６Ｄの動作を行うものであって、与えられた中心及び傾きと対象物の部品形状情報からからリード２ａの存在する位置を計算し、リード２ａの中心位置を検出する。
【００３７】
対象物中心・傾き検出手段４０５は、図１０のステップＳ６Ｅの動作を行うものであって、全てのリード位置から、正確な対象物の中心・傾きを算出する。
高さデータクリップ手段４０６は、ある領域をサーチしてクリップする高さレベルを算出する手段である。例えば、図１２（Ａ）に示されるリード２ａを含む小ウィンドウ５０１内で、リード２ａを検出する前に、高さデータクリップ手段４０６によりクリップ値を求めておく。そうすると、このクリップ値を用いてノイズ高さを除去することで、リード位置を正確に検出することができる。ここで、クリップする高さレベル算出はリード毎に行うので、クリップレベルはリード毎で異なる値を持つ。したがって、各リード２ａに応じた最適なノイズ高さ除去を行うことができる。
高さ変換テーブル設定手段４０７は、作業者からの指示に基づき、高さ変換部３０４内の高さ変換テーブルを書き換えるものである。
しきい値算出手段４０８は、上記したように、各位置での高さデータを示す輝度を基に輝度ヒストグラムを作成したのち、この輝度ヒストグラムにおいて高さ検出すべき接合部例えばリード２ａとノイズ物体とを分離させるためにしきい値を設定する。
【００３８】
図１６は、図１４の高さ変換部３０４の検出範囲の設定例を示す高さ変換テーブルである。ここで、部品形状情報には、高さ検出領域の調整に関した検出高さデータが格納されている。ＣＰＵ３００は、この情報に基づいて高さ変換テーブルを書き換えることができるＣＰＵ３００からみれば、高さ変換テーブルはメモリと同じようにみるとができ、ＣＰＵ３００がアドレスを指定しながら８ビットのデータを書き込むことにより、高さ変換テーブルを設定することができる。よって、高さ変換部３０４は、高さ計測可能領域内において高さ計測基準面を中心にリード２ａの高さ位置を検出しうる高さ計測領域を予め設定しておくことができ、この高さ計測領域の範囲内を通過する高さデータのみを後続の処理に出力するようにして、高さ計測領域の範囲内のみでの高さ検出を行うようにするものである。ここでは、８ビット画像処理なので、高さデータとしては０〜２５５までの２５６通りの数値を扱うことができる。上記第１実施形態では便宜上、高さ計測の基準面の数値を１２８として高さ座標軸を対象物から３Ｄセンサー方向に取っており、高さ方向の分解能を１０μｍとすると、計測可能な領域は約±１．２ｍｍとなる。図１６では、この条件で高さ計測領域を例えば±０．５ｍｍに限定する高さ変換部３０４の設定を表している。すなわち、図１６においては、高さデータとしての７８から１７８の間の数値（デジタル値）が高さ変換部３０４に入力されると、入力値と同じ値に変換されて７８から１７８の間の数値（デジタル値）がそれぞれ出力される。しかしながら、高さデータとしての０以上７８未満の数値（デジタル値）及び１７８を超えて２５５以下の数値（デジタル値）が高さ変換部３０４にそれぞれ入力されると、変換されて０の数値がそれぞれ出力されることを示している。よって、図９のステップＳ３において、高さ検出したい高さ計測領域が予めわかっている場合に高さ計測領域の調整を行うときには、この高さ変換テーブルを変更すればよい。具体的には、例えば、図９のステップＳ２で高さ計測領域内にノイズ物体が入り込むと作業者が判断した場合に、ステップＳ３でノイズ物体が高さ計測領域外から外れるように高さ計測領域を狭くするように調整することが必要になる。このため、高さ計測領域を狭くするように作業者が、高さ変換部３０４内の高さ変換テーブルの入力値に対する出力値を変更する指示を操作盤６５０から部品形状情報記憶部６２０内に格納しておき、主制御部２００及び２ポートメモリ３０６を介して、図１５のプログラムメモリ３０１内の高さ変換テーブル設定手段４０７が部品形状情報記憶部６２０内の上記調整指示に基づき、高さ変換部３０４内の高さ変換テーブルを書き換えるようにすればよい。
【００３９】
従って、上記第１実施形態にかかる部品認識装置によれば、高さ変換部３０４により、高さ計測可能領域内において高さ計測基準面を中心にリード２ａの高さ位置を検出しうる高さ計測領域を予め設定しておき、この高さ計測領域の範囲内でのみ高さ検出を行うようにしたので、高さ計測領域内に位置するリード２ａの高さのみ検出することができ、高さ計測領域外の突起２ｂ，２ｃの高さを検出することがない。よって、電子部品２の装着面に存在するリード２ａや電極等の付近にノイズとなる突起２ｂ，２ｃなどが存在しても、突起２ｂ，２ｃなどを誤ってリード２ａや電極等として認識することなく正確に認識することができて、上記電子部品２の装着面に存在するリード２ａや電極などの接合部の位置情報を正確に得ることができる。よって、この正確に得られた上記接合部の位置情報に基づき上記電子部品２の実装を行えば、電子部品２をより一層正確に実装することができる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、第１実施形態において、高さ変換部３０４をソフトウェアで実施するのではなく、高さ変換部を回路的な構成、例えば、２種類の比較器で構成するようにしてもよい。この場合、２種類の比較器のうちの一方の比較器ではリード２ａとノイズ物体とを分離するためのしきい値よりノイズ物体側の高さデータはすべて無効とする一方、他方の比較器では上記しきい値以下のリード側の高さデータはすべて有効として取り扱うことにより同様な機能を発揮するようにしてもよい。
また、第１実施形態の代わりに、本発明の第２実施形態として、高さ検出したい計測領域を予め決めておくことができない場合には、高さデータを一旦、画像メモリに格納した後、高さデータを解析して高さ計測領域を設定し、計測領域外にある高さデータを特定の値に置き換える方法がある。具体的には、例として、８ビットで表す高さ計測領域内にノイズとなる物体が含まれているが、ノイズの高さが安定しないために、第１実施形態が採用されない場合に適用する。 又、本発明の第３実施形態として、高さ変換部３０４を備える代わりに、計測可能な範囲内にノイズとなる物体が入らないようにＰＳＤ１７ａ，１７ｂに結像させる受光系のレンズ１６ａ，１６ｂの倍率を変更して高さ計測領域の幅を狭くして、リード２ａからの反射光のみを結像させ、ノイズとなる突起２ｂ，２ｃからの反射光は結像させないようにする。ただし、この第３実施形態では、対象物に合わせてフレキシブルに高さ計測領域を設定するためには、特別な調整機構が必要となる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の電子部品実装方法によれば、上記接合部の背後あるいは近接位置に存在しかつ上記光を反射するノイズ物体となり得るノイズリードが上記高さ検出部で検出する上記反射光の高さ計測領域外となるように上記高さ検出部の上記高さ計測領域を狭くすべく上記高さ計測領域の調整を行ったのち、上記調整後の高さ計測領域に基づき、制御部の部品形状情報記憶部内に格納されかつ実装プログラムに必要な実装情報の中の部品形状情報を参照して、上記制御部によりサーボコントローラを制御して上記部品保持部材の高さを調整して、上記ノイズリードを除去するようにしているので、高さ計測領域内に位置する接合部の高さのみ検出することができ、高さ計測領域外の突起等のノイズ物体の高さを検出することがない。よって、電子部品の装着面に存在するリードや電極等の接合部の付近にノイズ物体となる突起などが存在しても、突起などを誤って接合部として認識することなく接合部を正確に認識することができて、上記電子部品の装着面の接合部の位置情報を正確に得ることができる。よって、この正確に得られた上記接合部の位置情報に基づき上記電子部品の実装を行うことにより、電子部品をより一層正確に実装することができる。
また、本発明の電子部品実装装置によれば、ノイズ除去部により、上記接合部の背後あるいは近接位置に存在しかつ上記光を反射するノイズ物体となり得るノイズリードが上記高さ検出部で検出する上記反射光の上記高さ計測領域外となるように上記高さ検出部の上記高さ計測領域を狭くすべく上記高さ計測領域の調整を行ったのち、上記調整後の高さ計測領域に基づき、上記制御部の上記部品形状情報記憶部内に格納されかつ上記実装プログラムに必要な上記実装情報の中の部品形状情報を参照して、上記制御部によりサーボコントローラを制御して上記部品保持部材の高さを調整して、上記ノイズリードを除去するようにしているので、高さ計測領域内に位置する接合部の高さのみ検出することができ、高さ計測領域外の突起などのノイズ物体の高さを検出することがない。よって、電子部品の装着面に存在するリードや電極等の接合部の付近にノイズ物体などが存在しても、ノイズ物体などを誤って接合部として認識することなく正確に認識することができて、上記電子部品の装着面に存在するリードや電極などの接合部の位置情報を正確に得ることができる。よって、この正確に得られた上記接合部の位置情報に基づき上記電子部品の実装を行うことにより、電子部品をより一層正確に実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の上記第１実施形態である電子部品認識方法を実施することができる電子部品実装機の外観図である。
【図２】 上記第１実施形態の電子部品認識方法に使用する高さ検出センサーのＹ軸方向に見た側面図である。
【図３】 図２の高さ検出センサーのＸ軸方向に見た側面図である。
【図４】 上記第１実施形態における３Ｄセンサーからの出力信号の説明図である。
【図５】 上記第１実施形態における高さ測定方法の例を示す説明図である。
【図６】 上記第１実施形態である電子部品認識方法において３次元センサーを使用して位置検出することが有効な電子部品の斜視図である。
【図７】 図６の電子部品のリードの位置及びノイズとなる突起の位置と上記第１実施形態である電子部品認識方法における高さ計測領域との関係を説明するための図である。
【図８】 （Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、図６の電子部品を従来技術であるＣＣＤカメラで撮影したときの画像の模式的な説明図及び上記第１実施形態による電子部品認識方法で認識したときの電子部品の画像の模式的な説明図である。
【図９】 上記第１実施形態にかかる電子部品認識方法を使用して電子部品を装着する手順を示すフローチャートである。
【図１０】 図９のステップＳ６において、高さデータからの部品の位置検出手順を詳細に示すフローチャートである。
【図１１】 （Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、図１０の位置検出手順において部品の大きさから決定された処理エリアをウィンドウで示す模式的な説明図及び上記処理エリア内をサンプリングして部品の大まかな中心と傾きを求めることを示す模式的な説明図である。
【図１２】 （Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、図１０の位置検出手順において、上記部品の大まかな中心及び傾きとメインコントローラから送られてきた部品形状情報を使って、個々のリードが存在する位置を推定し、リードを包含する小さなウィンドウを設定し、このウィンドウ内をサンプリングして、リードの中心位置を検出する状態を示す模式的な説明図及び全てのリード位置から部品の正確な中心と傾きを算出する状態を示す模式的な説明図である。
【図１３】 図１０の位置検出手順において部品の正確な中心と傾きの算出結果の例を示す模式的な説明図である。
【図１４】 上記第１実施形態の部品認識方法を実施するための部品認識装置のブロック図である。
【図１５】 図１４の部品認識装置のプログラムメモリに含まれるソフトウェアの機能的な手段のブロック図である。
【図１６】 図１５の高さ変換部の検出範囲の設定例を示すテーブルの図である。
【図１７】 輝度ヒストグラムを作成する対象となる処理エリアを示す図である。
【図１８】 図１７の処理エリアの輝度ヒストグラムの図である。
【符号の説明】
１…電子部品実装装置の実装装置本体、２…電子部品、２ａ…リード、２ｂ…突起、２ｃ…突起、３…トレー、４…トレー供給部、５…ｘ軸側のロボット、６ａ，６ｂ…ｙ軸側のロボット、７…ヘッド部、７ａ…ノズル、７ｍ…ノズル高さ軸上下用サーボモーター、８…３次元（３Ｄ）センサー、９…プリント基板、１０…半導体レーザー、１１…集光整形レンズ、１２…ポリゴンミラー、１３…ハーフミラー、１４…ミラー、１５…Ｆ−θレンズ、１６ａ，１６ｂ…結像レンズ、１７ａ，１７ｂ…半導***置検出素子（ＰＳＤ）、１８ａ，１８ｂ…ＰＳＤ１７ａ，１７ｂの出力信号、１９…受光素子（光センサー）、２０…ポリゴン面原点信号、２１…電子部品認識装置の画像処理制御部、２２…基準位置センサー、２３…基準位置信号、２４…サーボモータ、２４ａ…エンコーダー、２５…エンコーダー信号、１０２，２０２…部品の画像、１０２ａ，２０２ａ…リード部分の画像、１０２ｂ，１０２ｃ…ノイズとなる突起の画像、１２８…高さ計測の基準面、２００…主制御部、２０１…システムバス、３００…ＣＰＵ、３０１…プログラムメモリ、３０２…ワークメモリ、３０３…チャンネル選択部、３０４…高さ変換部、３０５…画像メモリ、３０６…２ポートメモリ、３０７…タイミング制御部、３０９…クロック発生部、３１０ａ，３１０ｂ…プリアンプ、３１１ａ，３１１ｂ…ＡＤコンバーター、３１２ａ，３１２ｂ…高さ演算部、４０１…処理エリア決定手段、４０２…重心検出手段、４０３…傾き検出手段、４０４…リード位置検出手段、４０５…対象物中心・傾き検出手段、４０６…高さデータクリップ手段、４０７…高さ変換テーブル設定手段、４０８…しきい値算出手段、５００…処理エリアのウィンドウ、５０１…小ウィンドウ、５０２…中心位置、５０３，５０４，５０５…直線、５０６…交点、６００…ＸＹロボット、６０１…サーボコントローラー、６０２…高さ検出部、６２０…部品形状情報記憶部。
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品をプリント基板又は液晶やプラズマディスプレイパネル基板などに自動的に実装する電子部品実装において実装すべき電子部品の装着面に存在するリードや電極などの接合部の位置検出を行う部品認識により検出された、上記電子部品の装着面に存在するリードや電極などの接合部の位置情報に基づき、上記電子部品を基板上に実装するようにした電子部品実装方法、及び上記部品認識により検出された、上記電子部品の装着面に存在するリードや電極などの接合部の位置情報に基づき、上記電子部品を基板上に実装するようにした電子部品実装装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の部品認識方法としては種々の構造のものが知られている。例えば、電子部品に対して可視光を照射し、対象物で反射した反射光をＣＣＤカメラで受けて、電子部品の装着面に存在するリードや電極などの接合部の位置検出を行うようにしたものが考えられている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構造のものでは、電子部品の装着面に存在するリードや電極等の付近に突起などが存在して可視光を該突起で反射されると、リードや電極等からの反射光のほかに突起等からの反射光もＣＣＤカメラに入り、突起などがリードや電極等の認識すべき接合部に対してノイズとなり、突起が誤ってリード又は電極として認識されてしまうといった問題があった。
従って、本発明の目的は、上記問題を解決することにあって、電子部品の装着面に存在するリードや電極等の接合部の付近の突起などを誤って接合部として認識することなく、上記電子部品の接合部の位置情報を正確に得ることができ、正確に得られた上記接合部の位置情報に基づき上記電子部品をより正確に実装することができる電子部品実装方法及び装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は以下のように構成する。
本発明の第１態様によれば、電子部品の装着面に存在するリードや電極などの接合部に光を照射し、上記接合部からの反射光を基に高さ検出部で上記接合部の位置検出を行う部品認識により検出された、上記電子部品の上記接合部の位置情報に基づき、上記電子部品を基板上に実装する電子部品実装方法であって、
ヘッド部の部品保持部材で上記電子部品を保持し、
上記接合部の背後あるいは近接位置に存在しかつ上記光を反射するノイズ物体となり得るノイズリードが上記高さ検出部で検出する上記反射光の高さ計測領域外となるように上記高さ検出部の上記高さ計測領域を狭くすべく上記高さ計測領域の調整を行ったのち、上記調整後の高さ計測領域に基づき、制御部の部品形状情報記憶部内に格納されかつ実装プログラムに必要な実装情報の中の部品形状情報を参照して、上記制御部によりサーボコントローラを制御して上記部品保持部材の高さを調整して、上記ノイズリードを除去し、
上記制御部の制御の下に、上記実装プログラムに必要な実装情報の部品形状情報中から上記部品の高さデータを取り込み、
上記取り込まれた高さデータに基づき、上記高さ検出部により上記電子部品の位置を検出し、
上記高さ検出部により検出された上記電子部品の位置の情報に基づき、上記ヘッド部を駆動して上記部品保持部材により上記電子部品を上記基板の所定の位置に装着するようにしたことを特徴とする電子部品実装方法を提供する。
本発明の第２態様によれば、上記高さ検出部は、高さ検出センサーとして半導***置検出素子により上記接合部の高さを検出する第１態様に記載の電子部品実装方法を提供する。
本発明の第３態様によれば、上記ノイズ除去は、高さ計測可能領域内において高さ計測基準面を中心に上記接合部の高さ位置を検出しうる上記高さ計測領域を予め設定しておき、この高さ計測領域の範囲内でのみ上記接合部の高さ検出を行うようにした第１又は２態様に記載の電子部品実装方法を提供する。
本発明の第４態様によれば、上記ノイズ除去は、上記計測可能領域内において高さ計測基準面を中心に上記接合部の高さ位置を検出しうる上記高さ計測領域を高さ変換テーブルとして予め設定しておき、上記高さ変換テーブルにより、上記接合部の高さデータのうち上記高さ計測領域外にある高さデータを無効な高さデータとして取り扱い、上記高さ計測領域の範囲内にある高さデータを有効な高さデータとして取り扱い、上記有効な高さデータを基に上記接合部の高さ検出を行うようにした第１〜３態様のいずれかに記載の電子部品実装方法を提供する。
本発明の第５態様によれば、高さ計測領域の範囲内でのみ検出された上記電子部品の画像に対して上記電子部品の大きさから処理エリアを決定し、
上記電子部品の画像において上記決定された処理エリアのウィンドウ内をサンプリングして上記電子部品の中心及び傾きを大まかに検出し、
上記部品の大きさと上記電子部品の大まかな位置とを基に、上記電子部品の画像において全ての上記接合部の位置を検出し、
全ての上記接合部の位置から上記電子部品の画像における上記電子部品の正確な位置を検出するようにした第１〜４態様のいずれかに記載の電子部品実装方法を提供する。
本発明の第６態様によれば、電子部品の装着面に存在するリードや電極などの接合部に光を照射する照射装置と、
上記照射装置から照射された光が上記接合部で反射した反射光を基に上記接合部の位置検出をする高さ検出部と、
部品保持部材で上記電子部品を保持するとともに、上記反射光の高さ計測領域に基づき上記部品保持部材の高さを調整するヘッド部と、
実装プログラムに必要な実装情報が格納された部品形状情報記憶部と接続される制御部 と、
上記接合部の背後あるいは近接位置に存在しかつ上記光を反射するノイズ物体となり得るノイズリードが上記高さ検出部で検出する上記反射光の上記高さ計測領域外となるように上記高さ検出部の上記高さ計測領域を狭くすべく上記高さ計測領域の調整を行ったのち、上記調整後の高さ計測領域に基づき、上記制御部の上記部品形状情報記憶部内に格納されかつ上記実装プログラムに必要な上記実装情報の中の部品形状情報を参照して、上記制御部によりサーボコントローラを制御して上記部品保持部材の高さを調整して、上記ノイズリードを除去するノイズ除去部とを備え、
上記制御部は、上記実装プログラムに必要な実装情報の部品形状情報中から上記部品の高さデータを取り込み、上記取り込まれた高さデータに基づき、上記高さ検出部により上記電子部品の位置を検出し、上記高さ検出部により検出された上記電子部品の位置の情報に基づき、上記ヘッド部を駆動して上記部品保持部材により上記電子部品を上記基板の所定の位置に装着するように制御するようにしたことを特徴とする電子部品実装装置を提供する。
本発明の第７態様によれば、上記高さ検出部は、高さ検出センサーとして半導***置検出素子により上記接合部の位置を検出する第６態様に記載の電子部品実装装置を提供する。
本発明の第８態様によれば、上記ノイズ除去部は、高さ計測可能領域内において高さ計測基準面を中心に上記接合部の高さ位置を検出しうる高さ計測領域を予め設定しておき、この高さ計測領域の範囲内でのみ上記接合部の高さ検出を行うようにした第６又は７態様に記載の電子部品実装装置を提供する。
本発明の第９態様によれば、上記ノイズ除去部は、上記計測可能領域内において高さ計測基準面を中心に上記接合部の高さ位置を検出しうる上記高さ計測領域を高さ変換テーブルとして予め設定しておき、上記高さ変換テーブルにより、上記接合部の高さデータのうち上記高さ計測領域外にある高さデータを無効な高さデータとして取り扱い、上記高さ計測領域の範囲内にある高さデータを有効な高さデータとして取り扱い、上記有効な高さデータを基に上記接合部の高さ検出を行うようにした第６〜８態様のいずれかに記載の電子部品実装装置を提供する。
本発明の第１０態様によれば、高さ計測領域の範囲内でのみ検出された上記電子部品の画像に対して上記電子部品の大きさから処理エリアを決定する処理エリア決定手段と、
上記電子部品の画像において上記決定された処理エリアのウィンドウ内をサンプリングして上記電子部品の中心及び傾きを大まかに検出する重心及び傾き検出手段と、
上記部品の大きさと上記電子部品の大まかな位置とを基に、上記電子部品の画像において全ての上記接合部の位置を検出する接合部位置検出手段と、
全ての上記接合部の位置から上記電子部品の画像における上記電子部品の正確な位置を検出する接合部中心及び傾き検出手段とを備えるようにした第６〜９態様のいずれかに記載の電子部品実装装置を提供する。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明にかかる実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
本発明にかかる第１実施形態の部品認識方法は、電子部品の装着面に存在するリードや電極などの接合部の位置情報を正確に得るために、高さ検出センサーで検出できる高さ計測領域を上記接合部のみ検出し、他のノイズ物体は検出しないように限定するものである。すなわち、第１実施形態としては、上記接合部に対して高さ検出したい計測領域が予めわかっている場合に、高さデータ入力時に、計測領域外にある高さデータを、高さ変換テーブルで、正常な高さデータとして認識されない特定の値に変換するようにしている。具体的には、例として、８ビットで表す高さ計測領域内にノイズとなる物体が含まれている場合に適用する。なお、事前に高さ位置関係を算出して、高さ計測領域を限定しておくのが好ましい。
【０００６】
図１は本発明の第１実施形態にかかる部品認識方法を実施することができる部品認識装置を備えた電子部品実装装置の全体概略図であり、対象物の一例として電子部品２をノズル７ａで吸着したヘッド部７が、電子部品２の装着面に存在するリード２ａや電極等の接合部の高さを検出する高さ検出部６０２の高さ検出センサー８上をＸ軸方向に等速で移動することにより電子部品２の高さデータを得る状態を示している。すなわち、図１，１４において、１は電子部品実装装置の実装装置本体、２は本装置で実装される電子部品（以下、部品と略記する）、３は部品２が載っているトレー、４はトレー３に載った部品２を自動供給する部品供給部としてのトレー供給部、７は実装時に部品２をノズル７ａで吸着したのちノズル７ａを支持するノズル高さ軸をノズル高さ軸上下用サーボモーター７ｍにより駆動して上下動させて上記吸着した部品２を基板に装着するヘッド部、５はヘッド部７をｘ軸方向に移動させるものであって、ＸＹロボット６００の一部を構成するｘ軸側のロボット（以下、ｘ軸ロボットと略記する）、６ａ及び６ｂはヘッド部７をｘ軸ロボット５とともにｙ軸方向に移動させるＸＹロボット６００の一部を構成するｙ軸側のロボット（以下、ｙ軸ロボットと略記する）、８は図１４の高さ検出部６０２の高さ検出センサーの一例としての３次元（以下、３Ｄと略記する）センサーであり、部品２の高さ画像を撮像する。９は部品２が実装されるプリント基板である。
【０００７】
トレー３に載っている部品２がヘッド部７で吸着され３Ｄセンサー８上をｘ軸ロボット５に沿って移動するときに、３Ｄセンサー８によって部品２の３Ｄ（高さ）画像が取り込まれる。３Ｄセンサー８によって得られた（高さ）画像をソフトウェア処理して、部品２のリード等の高さ（位置）検査を行い、位置決め情報に従って、部品２がプリント基板９上の所定の位置に装着される。
【０００８】
次に、上記３Ｄセンサー８の構成と働きについて、以下に詳細に説明する。
図２は３Ｄセンサー８の検出素子として半導***置検出素子（Position Sensitive Detector）（以下、ＰＳＤと略記する）１７ａ，１７ｂが２系統設置されていることを示すものであって、３Ｄセンサー８をｘ軸方向に見た構成図（断面図）であり、図３はレーザー光を反射するポリゴンミラー１２の反射面が変わる毎に受光素子１９にレーザー光が入射してポリゴン面原点信号２０を発生させる状態を示すものであって、３Ｄセンサー８をｙ軸方向に見た構成図（断面図）である。図２および図３において、５はｘ軸ロボット、７はヘッド部、２は吸着された部品、１０はレーザー光を発光する半導体レーザー、１１はこのレーザー光を集光整形する集光整形レンズ、１２はミラー面に当たったレーザー光を機械的回転によって走査させるポリゴンミラー、１３はレーザー光の一部を通過させ一部を反射させるハーフミラー、１４は光を反射させるミラーである。
【０００９】
また、１５はポリゴンミラー１２で機械的に振られたレーザー光を被写体である部品２に垂直に投射させるように光路変換させるＦ−θレンズ、１６ａ，１６ｂは部品２に当たったレーザー光の反射（散乱光）を結像させる結像レンズ、１７ａ，１７ｂは部品２に当たったレーザー光の反射光が結像レンズ１６ａ、１６ｂを通して結像される位置検出素子としてのＰＳＤであり、結像した光の位置と相関のある電気信号を発生する機能を有する。１８ａ，１８ｂはＰＳＤ１７ａ，１７ｂの出力信号である。
【００１０】
ここで、半導体レーザー１０で発光されたレーザー光は、集光整形レンズ１１でビーム形状を集光整形された後、ハーフミラー１３を通過し、ミラー１４を反射して、ポリゴンミラー１２に当たる。ポリゴンミラー１２は定速回転運動をしており、ミラー面に当たったレーザー光は振られることとなる。更に、Ｆ−θレンズ１５で光路変換されたレーザー光は部品２に垂直に当てられ、この反射光が結像レンズ１６ａ，１６ｂを介してＰＳＤ１７ａ，１７ｂに結像され、ＰＳＤ１７ａ，１７ｂが部品２のレーザー反射面の高さを計測し得る出力信号１８ａ，１８ｂを発生する。
【００１１】
また、１９は光が入力されたことを感知する受光素子（光センサー）、２０は光センサー１９に光が入力されたことを外部に知らせる信号であり、この信号はポリゴンミラー１２の各ミラー面が所定の角度に来たとき変化するもので、いわば、ポリゴンミラー１２の各面の原点信号（面原点）にあたる。更に、例えば１８面のポリゴンミラー１２であれば一回転に１８回の信号が、各々等間隔（１８面であれば２０度毎）の角度だけ回転したとき出力されることとなる。これをポリゴンミラー１２の回転量信号と呼ぶ。
【００１２】
上記第１実施形態における３Ｄセンサー８は、２系統のＰＳＤ回路を有しているが、これは１系統ではレーザー光が部品に当たったときに、角度的にＰＳＤに反射光が帰ってこない場合があるため、これを補うのが主な目的で設けている。３系統以上設けるほうが有効な場合もあるが、技術的には同じことであり、ここでは２系統で説明する。
ここで、前記の半導***置検出素子（ＰＳＤ）１７ａ，１７ｂによる計測対象物である部品２上の高さの測定方法の一例を、半導***置検出素子１７ａの場合について代表して、図５に基づいて説明する。
図５において、Ｆ−θレンズ１５から紙面に垂直方向に走査して部品２上に投射されるレーザビームは、部品２から乱反射する。この場合、投射された点が、部品２の底面上の高さ０のＡ1点と前記底面から高さＨのＢ1点とであるとすると、乱反射したレーザビームは結像レンズ１６ａによって集光され、それぞれが半導***置検出素子１７ａ上のＡ2点とＢ2点とに結像する。その結果、Ａ2点とＢ2点とに起電力が発生し、それぞれＣ点から電流Ｉ1，Ｉ2、Ｄ点から電流Ｉ3，Ｉ4が取り出される。電流Ｉ1，Ｉ3は、Ａ2点とＣ点との間の距離ｘAとＡ2点とＤ点との間の距離に比例する抵抗成分によって決まり、電流Ｉ2，Ｉ4は、Ｂ2点とＣ点との間の距離ｘBとＢ2点とＤ点との間の距離とに比例する抵抗成分によって決まるので、半導***置検出素子１７ａの長さをＬとすると、図５のｘA，ｘBは次式のようにして決まる。
ｘA＝ＬＩ3／（Ｉ1＋Ｉ3）
ｘB＝ＬＩ4／（Ｉ2＋Ｉ4）
従って、図５の半導***置検出素子１７ａ上でのＡ2点とＢ2点との間の距離Ｈ’は次式で決まる。
Ｈ’＝ｘA−ｘB
このようにして求められたＰＳＤ上の高さＨ’に基づいて前記高さＨが決定される。
【００１３】
次に、上記第１実施形態の電子部品認識装置における３Ｄ画像を撮像する仕組みについて、図４を用いて説明する。
図４は上記第１実施形態の電子部品認識装置の３Ｄセンサー８からの出力信号の説明図である。図４において、２は部品、５はｘ軸ロボット、７はヘッド部、８は３Ｄセンサー、１８ａ，１８ｂはＰＳＤ出力、２０はポリゴン面原点信号（回転量信号）、２１は画像処理制御部、２２はｘ軸ロボット５上で３Ｄ画像の撮像のための基準位置を画像処理制御部２１に知らせる基準位置センサー、２３はヘッド部７がこの基準位置センサー２２を通過したときに、これを画像処理制御部２１に知らせる基準位置信号、２４はｘ軸ロボット５を移動させるサーボモーター、２４ａはサーボモーター２４のエンコーダー、６０１はサーボモーター２４を制御するサーボコントローラー、２５はエンコーダー２４ａの出力するエンコーダー信号である。又、図１４において、２００は電子部品認識装置の主制御部である。
なお、ｙ軸ロボット６ａ，６ｂもそれぞれ基本的にはｘ軸ロボット５と同様な構造となっており、ｙ軸ロボット駆動用のサーボモーターを駆動してヘッド部７の代わりにｘ軸ロボット５を移動させ、このサーボモーターはサーボコントローラー６０１で動作制御される。また、公知のように、ヘッド部７のノズル７ａをその中心軸回りにθ方向に回転させるときも、サーボコントローラー６０１でθ方向回転用サーボモーターを動作制御する。また、公知のように、ヘッド部７のノズル７ａの高さ調整のためノズル７ａを支持するノズル高さ軸を上下動させるときも、サーボコントローラー６０１で上下動用のサーボモーター７ｍを動作制御する。
【００１４】
トレー３からピックアップされた部品２がｘ軸ロボット５上を移動するとき、エンコーダー２４ａは常にエンコーダー信号（ＡＢ相、Ｚ相またはこれと等価な信号）２５を画像処理制御部２１に与えており、基準位置センサー２２を部品２が通過するとき、基準位置信号２３が画像処理制御部２１に与えられることから、この両方の信号で部品２のｘ軸ロボット５上の基準位置からの相対位置を画像処理制御部２１が算出できる。
【００１５】
一方、３Ｄセンサー８内にあるポリゴンミラー１２の回転量は、これが回転している間、ポリゴン面原点信号（回転量信号）２０として常に画像処理制御部２１に与えられており、これと基準位置信号２３とからポリゴンミラー１２の基準位置通過後の回転量を算出することができる。
【００１６】
ここで、ポリゴンミラー１２の回転量はその速度に比例して増加し、ｘ軸ロボット５の移動量も同様のことが言える。一方、上記第１実施形態における３Ｄセンサー８では、ポリゴンミラー１２と３Ｄ画像撮像時のｘ軸ロボット５は各々等速に回転・直進することを前提としている。もしも、この条件が乱れる場合には、撮像される３Ｄ画像の水平・垂直方向の一画素当たりの分解能（画素サイズ）が速度ムラに応じてバラつくこととなる。これは、計測精度上の誤差要因である。そこで上記第１実施形態の電子部品認識装置では、上記構成の３Ｄセンサー８で３Ｄ画像を画像処理制御部２１内にある画像メモリ（図１４参照）に取り込むとともに、基本的に等速回転運動しているポリゴンミラー１２と、サーボモーター２４等のモーターで駆動されているヘッド部７の間の動作の整合性を監視・制御するために、ポリゴンミラー１２のポリゴン面原点信号（回転量信号）２０とモーターのエンコーダー信号２５とを用いるものである。
【００１７】
図６は、上記第１実施形態である電子部品認識方法において３次元センサー８を使用して位置検出することが有効な電子部品の斜視図である。この電子部品２は、ボディ２ｐから横方向に突出して下方に屈曲して延びる左右４本ずつのリード２ａを備え、平面的に見れば、右側の４本のリード２ａのうち手前から１本目と２本目のリード２ａの間及び２本目と３本目のリード２ａにそれぞれ突起２ｃが横方向に突出しており、かつ、後端のリード２ａの上方に上下方向に重なるように大きな突起２ｂが横方向に突出しているものである。このような電子部品２は、通常の電子部品の組立では、ごくまれにしか装着しない特殊な部品と考えることができる。しかし、問題は、このような電子部品２を装着しなければならなくなったとき、どれくらい短時間で実現可能にするかということである。例えば、携帯電話やパーソナルコンピュータに代表されるように３カ月〜６カ月程度の短い寿命の商品に使用する基板では、通常は、特殊な部品対応のために、新たに画像処理プログラムを作成して使用するといった１週間以上の時間を要するような対応は許されないものである。よって、このような図６に示すような部品２でもそのリード２ａの位置を正確に検出することが要求されるようになってきている。
【００１８】
図７は、図６の電子部品２のリード２ａ及びノイズとなる突起２ｂ，２ｃの位置と上記第１実施形態である電子部品認識方法における高さ計測領域との関係を説明するための図である。この上記第１実施形態では、８ビット画像処理を採用しているため、高さデータとしては０〜２５５までの２５６通りの数値を扱うことができる。上記第１実施形態では、便宜上、レーザー光のビーム径が最小となる位置である高さ計測の基準面を１２８の数値の位置とし、この１２８の数値を基準にして、高さの座標軸を上下方向において電子部品２から３Ｄセンサー８の方向に取り、上端の０から高さ計測の基準面を１２８の数値を通過して下端の２５５までの数値を与えて、高さ計測可能領域を０から２５５までの２５６通りの数値の位置として表し、高さ計測中心位置を１２８で表すようにする。また、高さデータとして０や２５５などの値は、「高さデータが正しく得られなかった」などのエラーを表現するために使用している。尚、３Ｄセンサーの高さ計測可能領域及びその中心位置は、３Ｄセンサーの光学系設計によって物理的に決まる。通常、電子部品を認識させるときには、電子部品の装着面が、３Ｄセンサーの高さ計測中心位置になるように、高さ方向の位置決めをして、電子部品の高さ画像を取り込むようにしている。本実施形態では、高さ方向の分解能を１０μｍにとるようにすれば、高さ計測可能領域は約±１．２ｍｍとなる。従って、電子部品のノイズリードがこの領域外にある場合には、高さ計測領域の範囲を調整する必要はない。一方、後記するように高さ計測領域の範囲を調整する必要があるのは、ノイズ物体がこの約±１．２ｍｍ内に入り込んでしまい、接合部と異なる高さを持つときである。
【００１９】
図９は、上記第１実施形態にかかる電子部品認識方法を使用して電子部品を装着する手順を示すフローチャートである。
まず、ステップＳ１において、主制御部２００の制御の下にヘッド部７のノズル７ａでトレー３から電子部品２を吸着する。
次いで、ステップＳ２において、高さ計測領域の調整が必要か否かを作業者が部品形状などを見て判断する。高さ検出したい高さ計測領域が予めわかっており、高さ計測領域の調節が必要な場合には、ステップＳ３に進む。高さ計測領域の調整が不要ならばステップＳ４に進む。 ステップＳ３においては、高さ検出したい高さ計測領域が予めわかっている場合のみ実施し、高さ計測領域の調整を行う。この高さ計測領域の調整は、例えば、作業者が電子部品２のリード２ａとノイズ物体となり得る突起２ｂ，２ｃとの距離を見て、リード２ａの高さ計測領域内に突起２ｂ，２ｃが入り込むとステップＳ２で判断した場合に、突起２ｂ，２ｃがリード２ａの高さ計測領域外となるように高さ計測領域を狭くすることにより行う。
【００２０】
次いで、ステップＳ４においては、高さ計測領域に基づき、主制御部２００によりサーボコントローラ６０１を制御してノズル７ａの高さを調整する。ノズル７ａの高さをどの程度の高さに調整するかは、電子部品２の形状から作業者が判断して、主制御部２００の部品形状情報記憶部６２０内に格納されかつ実装プログラムに必要な実装情報の中の部品形状情報内に事前に組み込んでおけばよい（なお、部品形状情報については、図１４の説明を参照。）。通常の部品２の場合には、調整量ゼロ、つまり高さ計測領域の高さ計測基準面と電子部品２の実装面とが一致するように、主制御部２００を介してサーボコントローラー６０１の制御によりノズル高さ軸上下用サーボモーター７ｍを駆動してノズル７ａを支持するノズル高さ軸を、上下動させてノズル７ａの下端の高さを調整して部品装着面を高さ計測領域の高さ計測基準面に位置決めし、高さ計測を行うことが好ましい。一般には、高さ調整が必要な部品は、図６に示されるような特殊な部品のみであると考えられる。
次いで、ステップＳ５において、主制御部２００の制御の下に、実装プログラムに必要な実装情報の部品形状情報中から部品２の高さデータを図１４に示す画像メモリ３０５に取り込む。この画像メモリ３０５には、８ビットの高さデータが格納されるようになっており、Ｘ軸側のとＹ軸側のアドレスを別々に指定することにより、特定の位置の高さデータを画像メモリ３０５から読み出すことができるようになっている。
【００２１】
次いで、ステップＳ６において、３Ｄセンサー８により部品２の位置を検出する。詳しくは、下記する図１０のステップＳ６ＡからステップＳ６Ｅに示す。
次いで、ステップＳ７において、主制御部２００の制御の下に、３Ｄセンサー８により認識された高さ位置情報に基づき、部品２をプリント基板９の所定の位置に装着する。
【００２２】
図１０は図９のステップＳ６において、高さデータからの部品２の位置検出手順を詳細に示すものである。
まず、ステップＳ６Ａでは、部品形状情報の中に格納されている部品２の大きさから処理エリアを決定する。たとえば、処理エリアのＸ及びＹ方向のサイズを、画面上での部品２の大きさの２倍に設定する。図１１（Ａ）に、一例として、部品２の大きさから決定された処理エリアを矩形のウィンドウ５００で示す。図１１（Ａ）によれば、処理エリアである矩形のウィンドウ５００が、部品２の画像２０２に対してその大きさの大略２倍に設定することにより、部品２のリード２ａの画像２０２ａがウィンドウ５００内に余裕を持って入ることを示している。
【００２３】
次いで、ステップＳ６Ｂにおいて、図１７に示すような処理エリア内をサンプリングして各位置での高さデータを示す輝度を基に図１８に示すように輝度ヒストグラムを作成したのち、この輝度ヒストグラムにおいて、高さ検出すべき対象物である接合部例えばリード２ａの高さデータとノイズ物体の高さデータとを分離させるためにしきい値をヒストグラム法を用いて算出して設定する。ここで、ヒストグラムのしきい値より左側の棒グラフ部分としきい値より右側の棒グラフ部分の面積の割合は、図１７の処理エリアの背景領域の面積と対象物の面積の割合に等しくなる。よって、ヒストグラム法によるしきい値の算出は以下のように行っている。まず、画像メモリ内で、対象物が含まれる領域を定める。次に、Ｘ方向、Ｙ方向、それぞれ等間隔にサンプリングして、画像データを読み出し、画像データのヒストグラムを作成する。対象物の接合部のように、相対的に高い値を持つ画像データの出現率は、予め定めたサンプリング領域（ここでは、この面積を面積Ａとする。）に占める接合部（ここでは、この面積を面積Ｂとする。）の、面積の割合（Ｓ％＝１００＊Ｂ／Ａ）に等しい。従って、輝度ヒストグラムを右端の頻度から順に加算し、ヒストグラムの面積のＳ％になるところまでがリードに相当する画像データを表している。従って、Ｓ％を示す画像データの値をしきい値とする。
【００２４】
次いで、ステップＳ６Ｃにおいて、処理エリアのウィンドウ５００内をサンプリングして、上記しきい値を使用して高さ計測領域内で検出される有効な高さデータを基に部品２の中心及び傾き（処理エリア内のウィンドウの横軸のＸ軸と縦軸のＹ軸に対する傾斜角度）を大まかに検出する。たとえば、以下の（数１）及び（数２）の算出式に従うことで部品２の中心及び傾きを求めることができる。図１１（Ｂ）は上記処理エリア５００内をサンプリングして部品２の大まかな中心と傾きが求めることを示す図である。サンプリングの例としては、Ｘ軸方向に１画素おきに高さデータをサンプリングしてＸ軸方向の最後の画素の高さデータまで取り込むと、次にＹ軸方向に１画素を飛ばして２画素目まで進み、先ほどと同様にＸ軸方向に１画素おきに高さデータをサンプリングしてＸ軸方向の最後の画素の高さデータまで取り込むことをウィンドウ５００内の全てのエリアに対して行う。
【００２５】
ここでは、まず、部品２の中心を大まかに求めるためには、処理エリア５００内をサンプリングして高さデータＨ（ｘ，ｙ）を画像メモリ３０５から読み出す。前述したように、画像メモリ３０５には、８ビットの高さデータが格納されており、Ｘ，Ｙアドレスを別々に指定することにより、特定の位置の高さデータを画像メモリ３０５から読み出すことができる。そして、次の（数１）によって中心位置（Ｘｃ，Ｙｃ）を算出する。
【数１】
また、Ｈ（ｘ，ｙ）≦ＴＨＬのとき、ρ（ｘ，ｙ）＝０とする。
ここで、ＴＨＬは、各位置での高さデータを示す輝度を基に、図１５のプログラムメモリ３０１に格納されているしきい値算出手段４０８により輝度ヒストグラムを作成したのち、この輝度ヒストグラムにおいて高さ検出すべき接合部例えばリード２ａとノイズ物体とを分離させるためにしきい値算出手段４０８内に設定するしきい値であり、処理エリアであるウィンドウ５００内をサンプリングして、認識対象物と思われるリード２ａの高さを推定し、それよりも若干低い値に設定する。あるいは、固定値を設定しても良い。例えば、上記第１実施形態では、高さ計測の基準面の１２８の数値が部品２の装着面に相当するので、しきい値ＴＨＬは８０の数値（装着面から０．４８ｍｍ上の位置）とする。
【００２６】
また、傾きθ1の検出は以下の(数式２）により求める。
【数２】
また、Ｈ（ｘ，ｙ）≦ＴＨＬのとき、ρ（ｘ，ｙ）＝０とする。
【００２７】
次いで、ステップＳ６Ｄにおいて、部品形状情報と部品２の大まかな位置とを基にリード２ａの位置を検出する。すなわち、図１２（Ａ）に示すように、ステップＳ６Ｃで求めた上記部品２の大まかな中心及び傾きと、メインコントローラ２００から送られてきた部品形状情報のうちのボディ２ｐの幅と奥行きとを使用して、個々のリード２ａが存在する位置を推定し、各リード２ａを包含する小さな小ウィンドウ５０１を設定する。この小ウィンドウ５０１は、例えば、リード２ａの画像２０２ａに対してその大きさの大略２倍に設定する。この小ウィンドウ５０１内をサンプリングして、各リード２ａの中心位置５０２を検出する。サンプリングの例としては、Ｘ軸方向に１画素おきに高さデータをサンプリングしてＸ軸方向の最後の画素の高さデータまで取り込むと、次にＹ軸方向に１画素を飛ばして２画素目まで進み、先ほどと同様にＸ軸方向に１画素おきに高さデータをサンプリングしてＸ軸方向の最後の画素の高さデータまで取り込むことを小ウィンドウ５０１内の全てのエリアに対して行う。上記部品形状情報には、部品２の２ｐの大きさ（ボディ高さ、ボディ幅、ボディ奥行き）、リード本数、リード長さ、リード幅、リードピッチなど、個々のリード２ａが存在する位置を計算するのに必要な情報を予め格納しておく。
【００２８】
次いで、ステップＳ６Ｅにおいて、全てのリード位置(リード中心位置の座標）から部品２の正確な位置を検出する。図１２（Ｂ）は全てのリード位置から部品２の正確な中心と傾きを算出する状態を説明するための図である。例えば、中心位置は、全てのリード位置の加算平均で求め、傾きは、ボディ２ｐを挟んで向かい合うリード２ａの各リード中心位置間の中点を算出し、４つの中点を近似する十字の直線５０３で表すことができる。図１３は、このようにして求めた部品２の正確な中心と傾きの算出結果の例を示す。図１３において、直線５０４は部品２の傾きを示し、直線５０４と直交する４本の直線５０５と左右４個ずつのリード２ａの画像２０２ａの中心線との交点５０６がリード２ａの中心位置座標となる。
【００２９】
ここで、上記第１実施形態と従来技術との比較のため、図６の電子部品２を従来技術であるＣＣＤカメラで撮影したときの画像１０２を図８（Ａ）に模式的に示す。突起２ｃに対応するノイズ１０２ｃが２本のリード２ａの画像１０２ａの間に存在するため、リード２ａの画像１０２ａを検出するときに、ノイズ１０２ｃの影響を受けないようにノイズ１０２ｃを除去する「ノイズリード除去処理」を施す必要がある。また、最後端のリード２ａの画像１０２ａが突起２ｂに対応するノイズ１０２ｂに完全に包含されるため、最後端のリード２ａの位置検出を行うためには「低コントラストリード検出処理」（画像強調処理）が必要になる。また、「ノイズリード除去処理」や「低コントラストリード検出処理」の能力によっては、認識位置ずれや認識不可などの事態も予想され、信頼性も低下するといった問題がある。ただし、ここでは、ノイズ１０２ｃもノイズ１０２ｂもリード２ａの画像１０２ａと同じくらい明るい物体であると想定している。
【００３０】
これに対して、上記第１実施形態では、高さ計測可能領域内において高さ計測基準面である１２８の数値を中心にリード２ａの高さ位置を検出しうる高さ計測領域を予め設定しておき、この高さ計測領域の範囲内でのみ高さ検出を行うようにするので、高さ計測領域内に位置するリード２ａの高さのみ検出することができ、高さ計測領域外の突起２ｂ，２ｃの高さを検出しないため、図８（Ｂ）に示すように、リード２ａの画像２０２ａのみを持つ電子部品２の画像２０２を取り込むことができる。すなわち、従来技術で検出されてしまったノイズ１０２ｃとノイズ１０２ｂが、上記第１実施形態の部品認識方法では３Ｄセンサー８の高さ計測領域外にあるため、３Ｄセンサー８では、ノイズ１０２ｃとノイズ１０２ｂが全く検出されない。つまり、従来技術で必要だった、「ノイズリード除去処理」や、「低コントラストリード検出処理」は全く必要はない。したがって、従来の方法に比べて、上記第１実施形態によれば、画像処理時間を短縮できるだけでなく、認識の信頼性も大幅に向上するという効果がある。
【００３１】
従って、上記第１実施形態にかかる部品認識方法によれば、高さ計測可能領域内において高さ計測基準面を中心にリード２ａの高さ位置を検出しうる高さ計測領域を予め設定しておき、この高さ計測領域の範囲内でのみ高さ検出を行うようにしたので、高さ計測領域内に位置するリード２ａの高さのみ検出することができ、高さ計測領域外の突起２ｂ，２ｃの高さを検出することがない。よって、電子部品２の装着面に存在するリード２ａや電極等の付近にノイズとなる突起２ｂ，２ｃなどが存在しても、突起２ｂ，２ｃなどを誤ってリード２ａや電極等として認識することなく正確に認識することができて、上記電子部品２の装着面に存在するリード２ａや電極などの接合部の位置情報を正確に得ることができる。よって、この正確に得られた上記接合部の位置情報に基づき上記電子部品２の実装を行えば、電子部品２をより一層正確に実装することができる。
【００３２】
図１４は上記上記第１実施形態の部品認識方法を実施するための部品認識装置の詳細なブロック図である。
図１４において、主制御部２００は、図１に示される電子部品実装装置全体の動作を制御する。たとえば、サーボコントローラー６０１を介して電子部品実装装置のヘッド部７の位置を制御し、電子部品２の吸着、移動、プリント基板９への装着を行う。また、装着を行う電子部品２の部品形状情報（部品ボディ２ｐの大きさ（ボディ高さ、ボディ幅、ボディ奥行き）、リード本数、リード長さ、リード幅、リードピッチなど）を主制御部２００の部品形状情報記憶部６２０からシステムバス２０１及び２ポートメモリ３０６を介して部品認識装置のワークメモリ３０２に転送し、電子部品２の高さ画像入力、電子部品２の位置検出を行わせる。また、電子部品２の位置検出結果は、画像処理制御部２１からその２ポートメモリ３０６を介して主制御部２００に入力し、主制御部２００により電子部品実装装置全体の動作を制御して、電子部品２をプリント基板９に装着する際のＸ，Ｙ，θ方向の位置補正計算に用いる。そして、位置（Ｘ，Ｙ，θ）補正計算結果に基づいて、主制御部２００により、ノズル７ａをθ方向に回転させて電子部品２の回転位置を補正するとともに、ＸＹ方向については電子部品２の装着位置に補正計算結果を加味して、ヘッド部７をＸＹ方向に移動させ、電子部品２をプリント基板９の所定位置に装着する。
【００３３】
一方、上記したように、上記ｘ軸ロボット５では、電子部品２を吸着したヘッド部７は、サーボモーター２４の回転によりＸ軸５上を移動する。電子部品２の高さデータ入力は、電子部品２を吸着したヘッド部７が、基準位置センサー２２の左側から右側に向かって、３Ｄセンサー８上を等速で移動することでなされる。ヘッド部７が基準位置センサー２２を通過すると基準位置信号２３が出力されて、画像処理制御部２１に通知される。 このｘ軸ロボット５を含むＸＹロボット６００では、サーボコントローラ６０１が、Ｘ軸・Ｙ軸・θ軸・ノズル高さ軸の位置制御を行う。特に、Ｘ軸のモータエンコーダ信号は、ヘッド部７のＸ軸上での位置を教えるため、また、Ｘ軸からの基準位置信号は、ヘッド部７が高さ計測開始位置に来たことを教えるため、それぞれ、画像処理制御部２１のタイミング制御部３０７に入力され、タイミング制御部３０７において高さデータを画像メモリ３０５に取り込むスタートタイミングを測るのに用いられる。
【００３４】
上記したように、上記高さ検出部６０２の高さ検出センサー８では、対象物から反射してきたレーザー光を計測する受光系は、レーザー光の反射ばらつきを考慮して２系統（チャネルＡとチャネルＢ）設け、信頼性を確保している。各受光系では、ＰＳＤ１７ａ，１７ｂで検出した微弱な信号を、プリアンプ３１０ａ，３１０ｂで増幅し、ＡＤコンバーター（アナログ?デジタルコンバーター）３１１ａ，３１１ｂで１２ビットのデジタルデータに変換し（高さ演算の精度を確保するため、ここでは１２ビットのデジタルデータに変換している）、画像処理制御部２１の高さ演算部３１２ａ，３１２ｂへ入力している。また、ポリゴンミラー１２は常時回転しており、図５で示される機構によって、ポリゴン面原点信号をクロック発生部３０９に入力している。クロック発生部３０９では、高さデータをメモリに書き込む際に必要になる基準クロック（ＣＬＫ）を発生させると共に、ポリゴン面原点信号２０を基にして、高さデータ取り込みに必要な水平同期信号（ＨＣＬＲ）を発生させ、それぞれ画像処理制御部２１のタイミング制御部３０７に入力している。
【００３５】
高さ検出部６０２の３Ｄセンサー８からプリアンプ３１０ａ，３１０ｂ及びＡＤコンバーター３１１ａ，３１１ｂによりデジタル化されたＰＳＤ信号は、高さ演算部３１２ａ，３１２ｂで８ビットの高さデータに変換される。チャネル選択部３０３は、２系統（チャネルＡとチャネルＢ）ある高さデータをリアルタイムで比較し、それぞれのタイミングで確からしい方の高さデータを選択している。たとえば、チャネルＡの高さ計算時にゼロによる割り算が発生すれば、チャネルＡの高さデータには異常を表す２５５が与えられるので、このような場合には、チャネルＢの値を選択する。もし両チャネルが２５５の異常値を示せば、高さデータとして２５５が出力される。また、両チャネルの高さデータが正常値であれば、両チャネルの高さデータの加算平均値が出力される。チャネル選択部３０３から出力された高さデータは、高さ変換部３０４で高さ計測領域外にある高さデータを無効値（例えばゼロ）に変換して画像メモリ３０５に格納される。高さデータの画像メモリ３０５への格納は、タイミング制御部３０７によって制御されており、タイミング制御部３０７では、ＸＹロボット６００から基準位置信号を受けた後、予め定めておいたヘッド部移動距離としてエンコーダ信号２５をカウントしたのち垂直同期信号（ＶＣＬＲ）を生成し、高さデータ取り込み開始信号として画像メモリ３０５へ入力している。垂直同期信号（ＶＣＬＲ）を生成するのに、基準位置信号を受けた後、予め定めておいたヘッド部移動距離をエンコーダ信号でカウントするのは、通常基準位置センサー２２を高さデータ取り込み開始位置に正確に取り付けるのは不可能なためである。画像メモリ３０５に格納された高さデータは、プログラムに従って動作するＣＰＵ３００によって画像処理され、認識対象物である電子部品２の位置検出などが行われる。プログラムは、プログラムメモリ３０１に格納されている。電子部品２の幾何特徴を格納している部品形状情報記憶部６２０の部品形状情報（部品のボディの大きさ（ボディ高さ、ボディ幅、ボディ奥行き）、リード本数、リード長さ、リード幅など）は、高さ画像入力に先立ち、２ポートメモリ３０６を介して主制御部２００側から事前に送られてくる。認識対象物の位置検出は、上記したように、この部品形状情報を基に行われる。尚、ワークメモリ３０２は、認識対象物の位置検出を行う上で、中間結果を格納する場所として使用される。このように、ノイズ除去部の例としての高さ変換部３０４において高さ変換テーブルを使用した場合、変換速度が速く、部品認識速度を向上させることができる。
【００３６】
図１５は図１４のプログラムメモリ３０１に含まれる機能的な手段を示しており、処理エリア決定手段４０１と、重心検出手段４０２と、傾き検出手段４０３と、接合部位置検出手段として機能するリード位置検出手段４０４と、接合部中心及び傾き検出手段として機能する対象物中心・傾き検出手段４０５と、高さデータクリップ手段４０６と、高さ変換テーブル設定手段４０７と、しきい値算出手段４０８とを備えている。これらは、通常はソフトウェアでそれぞれ構成される。
処理エリア決定手段４０１は、図１０のステップＳ６Ａの動作を行うものであって、部品２の大きさから画像メモリ３０５中の処理エリアを決定する。
重心検出手段４０２は、図１０のステップＳ６Ｃの中心算出を行う。
傾き検出手段４０３は、図１０のステップＳ６Ｃの傾き算出式を行う。
リード位置検出手段４０４は、図１０のステップＳ６Ｄの動作を行うものであって、与えられた中心及び傾きと対象物の部品形状情報からからリード２ａの存在する位置を計算し、リード２ａの中心位置を検出する。
【００３７】
対象物中心・傾き検出手段４０５は、図１０のステップＳ６Ｅの動作を行うものであって、全てのリード位置から、正確な対象物の中心・傾きを算出する。
高さデータクリップ手段４０６は、ある領域をサーチしてクリップする高さレベルを算出する手段である。例えば、図１２（Ａ）に示されるリード２ａを含む小ウィンドウ５０１内で、リード２ａを検出する前に、高さデータクリップ手段４０６によりクリップ値を求めておく。そうすると、このクリップ値を用いてノイズ高さを除去することで、リード位置を正確に検出することができる。ここで、クリップする高さレベル算出はリード毎に行うので、クリップレベルはリード毎で異なる値を持つ。したがって、各リード２ａに応じた最適なノイズ高さ除去を行うことができる。
高さ変換テーブル設定手段４０７は、作業者からの指示に基づき、高さ変換部３０４内の高さ変換テーブルを書き換えるものである。
しきい値算出手段４０８は、上記したように、各位置での高さデータを示す輝度を基に輝度ヒストグラムを作成したのち、この輝度ヒストグラムにおいて高さ検出すべき接合部例えばリード２ａとノイズ物体とを分離させるためにしきい値を設定する。
【００３８】
図１６は、図１４の高さ変換部３０４の検出範囲の設定例を示す高さ変換テーブルである。ここで、部品形状情報には、高さ検出領域の調整に関した検出高さデータが格納されている。ＣＰＵ３００は、この情報に基づいて高さ変換テーブルを書き換えることができるＣＰＵ３００からみれば、高さ変換テーブルはメモリと同じようにみるとができ、ＣＰＵ３００がアドレスを指定しながら８ビットのデータを書き込むことにより、高さ変換テーブルを設定することができる。よって、高さ変換部３０４は、高さ計測可能領域内において高さ計測基準面を中心にリード２ａの高さ位置を検出しうる高さ計測領域を予め設定しておくことができ、この高さ計測領域の範囲内を通過する高さデータのみを後続の処理に出力するようにして、高さ計測領域の範囲内のみでの高さ検出を行うようにするものである。ここでは、８ビット画像処理なので、高さデータとしては０〜２５５までの２５６通りの数値を扱うことができる。上記第１実施形態では便宜上、高さ計測の基準面の数値を１２８として高さ座標軸を対象物から３Ｄセンサー方向に取っており、高さ方向の分解能を１０μｍとすると、計測可能な領域は約±１．２ｍｍとなる。図１６では、この条件で高さ計測領域を例えば±０．５ｍｍに限定する高さ変換部３０４の設定を表している。すなわち、図１６においては、高さデータとしての７８から１７８の間の数値（デジタル値）が高さ変換部３０４に入力されると、入力値と同じ値に変換されて７８から１７８の間の数値（デジタル値）がそれぞれ出力される。しかしながら、高さデータとしての０以上７８未満の数値（デジタル値）及び１７８を超えて２５５以下の数値（デジタル値）が高さ変換部３０４にそれぞれ入力されると、変換されて０の数値がそれぞれ出力されることを示している。よって、図９のステップＳ３において、高さ検出したい高さ計測領域が予めわかっている場合に高さ計測領域の調整を行うときには、この高さ変換テーブルを変更すればよい。具体的には、例えば、図９のステップＳ２で高さ計測領域内にノイズ物体が入り込むと作業者が判断した場合に、ステップＳ３でノイズ物体が高さ計測領域外から外れるように高さ計測領域を狭くするように調整することが必要になる。このため、高さ計測領域を狭くするように作業者が、高さ変換部３０４内の高さ変換テーブルの入力値に対する出力値を変更する指示を操作盤６５０から部品形状情報記憶部６２０内に格納しておき、主制御部２００及び２ポートメモリ３０６を介して、図１５のプログラムメモリ３０１内の高さ変換テーブル設定手段４０７が部品形状情報記憶部６２０内の上記調整指示に基づき、高さ変換部３０４内の高さ変換テーブルを書き換えるようにすればよい。
【００３９】
従って、上記第１実施形態にかかる部品認識装置によれば、高さ変換部３０４により、高さ計測可能領域内において高さ計測基準面を中心にリード２ａの高さ位置を検出しうる高さ計測領域を予め設定しておき、この高さ計測領域の範囲内でのみ高さ検出を行うようにしたので、高さ計測領域内に位置するリード２ａの高さのみ検出することができ、高さ計測領域外の突起２ｂ，２ｃの高さを検出することがない。よって、電子部品２の装着面に存在するリード２ａや電極等の付近にノイズとなる突起２ｂ，２ｃなどが存在しても、突起２ｂ，２ｃなどを誤ってリード２ａや電極等として認識することなく正確に認識することができて、上記電子部品２の装着面に存在するリード２ａや電極などの接合部の位置情報を正確に得ることができる。よって、この正確に得られた上記接合部の位置情報に基づき上記電子部品２の実装を行えば、電子部品２をより一層正確に実装することができる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その他種々の態様で実施できる。例えば、第１実施形態において、高さ変換部３０４をソフトウェアで実施するのではなく、高さ変換部を回路的な構成、例えば、２種類の比較器で構成するようにしてもよい。この場合、２種類の比較器のうちの一方の比較器ではリード２ａとノイズ物体とを分離するためのしきい値よりノイズ物体側の高さデータはすべて無効とする一方、他方の比較器では上記しきい値以下のリード側の高さデータはすべて有効として取り扱うことにより同様な機能を発揮するようにしてもよい。
また、第１実施形態の代わりに、本発明の第２実施形態として、高さ検出したい計測領域を予め決めておくことができない場合には、高さデータを一旦、画像メモリに格納した後、高さデータを解析して高さ計測領域を設定し、計測領域外にある高さデータを特定の値に置き換える方法がある。具体的には、例として、８ビットで表す高さ計測領域内にノイズとなる物体が含まれているが、ノイズの高さが安定しないために、第１実施形態が採用されない場合に適用する。 又、本発明の第３実施形態として、高さ変換部３０４を備える代わりに、計測可能な範囲内にノイズとなる物体が入らないようにＰＳＤ１７ａ，１７ｂに結像させる受光系のレンズ１６ａ，１６ｂの倍率を変更して高さ計測領域の幅を狭くして、リード２ａからの反射光のみを結像させ、ノイズとなる突起２ｂ，２ｃからの反射光は結像させないようにする。ただし、この第３実施形態では、対象物に合わせてフレキシブルに高さ計測領域を設定するためには、特別な調整機構が必要となる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の電子部品実装方法によれば、上記接合部の背後あるいは近接位置に存在しかつ上記光を反射するノイズ物体となり得るノイズリードが上記高さ検出部で検出する上記反射光の高さ計測領域外となるように上記高さ検出部の上記高さ計測領域を狭くすべく上記高さ計測領域の調整を行ったのち、上記調整後の高さ計測領域に基づき、制御部の部品形状情報記憶部内に格納されかつ実装プログラムに必要な実装情報の中の部品形状情報を参照して、上記制御部によりサーボコントローラを制御して上記部品保持部材の高さを調整して、上記ノイズリードを除去するようにしているので、高さ計測領域内に位置する接合部の高さのみ検出することができ、高さ計測領域外の突起等のノイズ物体の高さを検出することがない。よって、電子部品の装着面に存在するリードや電極等の接合部の付近にノイズ物体となる突起などが存在しても、突起などを誤って接合部として認識することなく接合部を正確に認識することができて、上記電子部品の装着面の接合部の位置情報を正確に得ることができる。よって、この正確に得られた上記接合部の位置情報に基づき上記電子部品の実装を行うことにより、電子部品をより一層正確に実装することができる。
また、本発明の電子部品実装装置によれば、ノイズ除去部により、上記接合部の背後あるいは近接位置に存在しかつ上記光を反射するノイズ物体となり得るノイズリードが上記高さ検出部で検出する上記反射光の上記高さ計測領域外となるように上記高さ検出部の上記高さ計測領域を狭くすべく上記高さ計測領域の調整を行ったのち、上記調整後の高さ計測領域に基づき、上記制御部の上記部品形状情報記憶部内に格納されかつ上記実装プログラムに必要な上記実装情報の中の部品形状情報を参照して、上記制御部によりサーボコントローラを制御して上記部品保持部材の高さを調整して、上記ノイズリードを除去するようにしているので、高さ計測領域内に位置する接合部の高さのみ検出することができ、高さ計測領域外の突起などのノイズ物体の高さを検出することがない。よって、電子部品の装着面に存在するリードや電極等の接合部の付近にノイズ物体などが存在しても、ノイズ物体などを誤って接合部として認識することなく正確に認識することができて、上記電子部品の装着面に存在するリードや電極などの接合部の位置情報を正確に得ることができる。よって、この正確に得られた上記接合部の位置情報に基づき上記電子部品の実装を行うことにより、電子部品をより一層正確に実装することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の上記第１実施形態である電子部品認識方法を実施することができる電子部品実装機の外観図である。
【図２】 上記第１実施形態の電子部品認識方法に使用する高さ検出センサーのＹ軸方向に見た側面図である。
【図３】 図２の高さ検出センサーのＸ軸方向に見た側面図である。
【図４】 上記第１実施形態における３Ｄセンサーからの出力信号の説明図である。
【図５】 上記第１実施形態における高さ測定方法の例を示す説明図である。
【図６】 上記第１実施形態である電子部品認識方法において３次元センサーを使用して位置検出することが有効な電子部品の斜視図である。
【図７】 図６の電子部品のリードの位置及びノイズとなる突起の位置と上記第１実施形態である電子部品認識方法における高さ計測領域との関係を説明するための図である。
【図８】 （Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、図６の電子部品を従来技術であるＣＣＤカメラで撮影したときの画像の模式的な説明図及び上記第１実施形態による電子部品認識方法で認識したときの電子部品の画像の模式的な説明図である。
【図９】 上記第１実施形態にかかる電子部品認識方法を使用して電子部品を装着する手順を示すフローチャートである。
【図１０】 図９のステップＳ６において、高さデータからの部品の位置検出手順を詳細に示すフローチャートである。
【図１１】 （Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、図１０の位置検出手順において部品の大きさから決定された処理エリアをウィンドウで示す模式的な説明図及び上記処理エリア内をサンプリングして部品の大まかな中心と傾きを求めることを示す模式的な説明図である。
【図１２】 （Ａ），（Ｂ）は、それぞれ、図１０の位置検出手順において、上記部品の大まかな中心及び傾きとメインコントローラから送られてきた部品形状情報を使って、個々のリードが存在する位置を推定し、リードを包含する小さなウィンドウを設定し、このウィンドウ内をサンプリングして、リードの中心位置を検出する状態を示す模式的な説明図及び全てのリード位置から部品の正確な中心と傾きを算出する状態を示す模式的な説明図である。
【図１３】 図１０の位置検出手順において部品の正確な中心と傾きの算出結果の例を示す模式的な説明図である。
【図１４】 上記第１実施形態の部品認識方法を実施するための部品認識装置のブロック図である。
【図１５】 図１４の部品認識装置のプログラムメモリに含まれるソフトウェアの機能的な手段のブロック図である。
【図１６】 図１５の高さ変換部の検出範囲の設定例を示すテーブルの図である。
【図１７】 輝度ヒストグラムを作成する対象となる処理エリアを示す図である。
【図１８】 図１７の処理エリアの輝度ヒストグラムの図である。
【符号の説明】
１…電子部品実装装置の実装装置本体、２…電子部品、２ａ…リード、２ｂ…突起、２ｃ…突起、３…トレー、４…トレー供給部、５…ｘ軸側のロボット、６ａ，６ｂ…ｙ軸側のロボット、７…ヘッド部、７ａ…ノズル、７ｍ…ノズル高さ軸上下用サーボモーター、８…３次元（３Ｄ）センサー、９…プリント基板、１０…半導体レーザー、１１…集光整形レンズ、１２…ポリゴンミラー、１３…ハーフミラー、１４…ミラー、１５…Ｆ−θレンズ、１６ａ，１６ｂ…結像レンズ、１７ａ，１７ｂ…半導***置検出素子（ＰＳＤ）、１８ａ，１８ｂ…ＰＳＤ１７ａ，１７ｂの出力信号、１９…受光素子（光センサー）、２０…ポリゴン面原点信号、２１…電子部品認識装置の画像処理制御部、２２…基準位置センサー、２３…基準位置信号、２４…サーボモータ、２４ａ…エンコーダー、２５…エンコーダー信号、１０２，２０２…部品の画像、１０２ａ，２０２ａ…リード部分の画像、１０２ｂ，１０２ｃ…ノイズとなる突起の画像、１２８…高さ計測の基準面、２００…主制御部、２０１…システムバス、３００…ＣＰＵ、３０１…プログラムメモリ、３０２…ワークメモリ、３０３…チャンネル選択部、３０４…高さ変換部、３０５…画像メモリ、３０６…２ポートメモリ、３０７…タイミング制御部、３０９…クロック発生部、３１０ａ，３１０ｂ…プリアンプ、３１１ａ，３１１ｂ…ＡＤコンバーター、３１２ａ，３１２ｂ…高さ演算部、４０１…処理エリア決定手段、４０２…重心検出手段、４０３…傾き検出手段、４０４…リード位置検出手段、４０５…対象物中心・傾き検出手段、４０６…高さデータクリップ手段、４０７…高さ変換テーブル設定手段、４０８…しきい値算出手段、５００…処理エリアのウィンドウ、５０１…小ウィンドウ、５０２…中心位置、５０３，５０４，５０５…直線、５０６…交点、６００…ＸＹロボット、６０１…サーボコントローラー、６０２…高さ検出部、６２０…部品形状情報記憶部。
Claims (10)
- 電子部品（２）の装着面に存在するリード（２ａ）や電極などの接合部に光を照射し、上記接合部からの反射光を基に高さ検出部（８）で上記接合部の位置検出を行う部品認識により検出された、上記電子部品の上記接合部の位置情報に基づき、上記電子部品を基板上に実装する電子部品実装方法であって、
ヘッド部（７）の部品保持部材（７ａ）で上記電子部品を保持し（Ｓ１）、
上記接合部の背後あるいは近接位置に存在しかつ上記光を反射するノイズ物体となり得るノイズリード（２ｂ，２ｃ）が上記高さ検出部で検出する上記反射光の高さ計測領域外となるように上記高さ検出部の上記高さ計測領域を狭くすべく上記高さ計測領域の調整を行ったのち（Ｓ２，Ｓ３）、上記調整後の高さ計測領域に基づき、制御部（２００）の部品形状情報記憶部（６２０）内に格納されかつ実装プログラムに必要な実装情報の中の部品形状情報を参照して、上記制御部によりサーボコントローラ（６０１）を制御して上記部品保持部材の高さを調整して、上記ノイズリードを除去し（Ｓ４）、
上記制御部の制御の下に、上記実装プログラムに必要な実装情報の部品形状情報中から上記部品の高さデータを取り込み（Ｓ５）、
上記取り込まれた高さデータに基づき、上記高さ検出部により上記電子部品の位置を検出し（Ｓ６）、
上記高さ検出部により検出された上記電子部品の位置の情報に基づき、上記ヘッド部を駆動して上記部品保持部材により上記電子部品を上記基板の所定の位置に装着する（Ｓ７）ようにしたことを特徴とする電子部品実装方法。 - 上記高さ検出部は、高さ検出センサー（８）として半導***置検出素子により上記接合部の高さを検出する請求項１に記載の電子部品実装方法。
- 上記ノイズ除去は、高さ計測可能領域内において高さ計測基準面を中心に上記接合部の高さ位置を検出しうる上記高さ計測領域を予め設定しておき、この高さ計測領域の範囲内でのみ上記接合部の高さ検出を行うようにした請求項１又は２に記載の電子部品実装方法。
- 上記ノイズ除去は、上記計測可能領域内において高さ計測基準面を中心に上記接合部の高さ位置を検出しうる上記高さ計測領域を高さ変換テーブルとして予め設定しておき、上記高さ変換テーブルにより、上記接合部の高さデータのうち上記高さ計測領域外にある高さデータを無効な高さデータとして取り扱い、上記高さ計測領域の範囲内にある高さデータを有効な高さデータとして取り扱い、上記有効な高さデータを基に上記接合部の高さ検出を行うようにした請求項１〜３のいずれかに記載の電子部品実装方法。
- 高さ計測領域の範囲内でのみ検出された上記電子部品の画像に対して上記電子部品の大きさから処理エリアを決定し（Ｓ６Ａ）、
上記電子部品の画像において上記決定された処理エリアのウィンドウ（５００）内をサンプリングして上記電子部品の中心及び傾きを大まかに検出し（Ｓ６Ｂ，Ｓ６Ｃ）、
上記部品の大きさと上記電子部品の大まかな位置とを基に、上記電子部品の画像において全ての上記接合部の位置を検出し（Ｓ６Ｄ）、
全ての上記接合部の位置から上記電子部品の画像における上記電子部品の正確な位置を検出する（Ｓ６Ｅ）ようにした請求項１〜４のいずれかに記載の電子部品実装方法。 - 電子部品（２）の装着面に存在するリードや電極などの接合部（２ａ）に光を照射する照射装置（１０）と、
上記照射装置から照射された光が上記接合部で反射した反射光を基に上記接合部の位置検出をする高さ検出部（６０２）と、
部品保持部材（７ａ）で上記電子部品を保持するとともに、上記反射光の高さ計測領域に基づき上記部品保持部材の高さを調整するヘッド部（７）と、
実装プログラムに必要な実装情報が格納された部品形状情報記憶部（６２０）と接続される制御部（２００）と、
上記接合部の背後あるいは近接位置に存在しかつ上記光を反射するノイズ物体となり得 るノイズリード（２ｂ，２ｃ）が上記高さ検出部で検出する上記反射光の上記高さ計測領域外となるように上記高さ検出部の上記高さ計測領域を狭くすべく上記高さ計測領域の調整を行ったのち（Ｓ２，Ｓ３）、上記調整後の高さ計測領域に基づき、上記制御部（２００）の上記部品形状情報記憶部（６２０）内に格納されかつ上記実装プログラムに必要な上記実装情報の中の部品形状情報を参照して、上記制御部によりサーボコントローラ（６０１）を制御して上記部品保持部材の高さを調整して、上記ノイズリードを除去するノイズ除去部（３０４）とを備え、
上記制御部は、上記実装プログラムに必要な実装情報の部品形状情報中から上記部品の高さデータを取り込み、上記取り込まれた高さデータに基づき、上記高さ検出部により上記電子部品の位置を検出し、上記高さ検出部により検出された上記電子部品の位置の情報に基づき、上記ヘッド部を駆動して上記部品保持部材により上記電子部品を上記基板の所定の位置に装着するように制御するようにしたことを特徴とする電子部品実装装置。 - 上記高さ検出部は、高さ検出センサー（８）として半導***置検出素子により上記接合部の位置を検出する請求項６に記載の電子部品実装装置。
- 上記ノイズ除去部は、高さ計測可能領域内において高さ計測基準面を中心に上記接合部の高さ位置を検出しうる高さ計測領域を予め設定しておき、この高さ計測領域の範囲内でのみ上記接合部の高さ検出を行うようにした請求項６又は７に記載の電子部品実装装置。
- 上記ノイズ除去部は、上記計測可能領域内において高さ計測基準面を中心に上記接合部の高さ位置を検出しうる上記高さ計測領域を高さ変換テーブルとして予め設定しておき、上記高さ変換テーブルにより、上記接合部の高さデータのうち上記高さ計測領域外にある高さデータを無効な高さデータとして取り扱い、上記高さ計測領域の範囲内にある高さデータを有効な高さデータとして取り扱い、上記有効な高さデータを基に上記接合部の高さ検出を行うようにした請求項６〜８のいずれかに記載の電子部品実装装置。
- 高さ計測領域の範囲内でのみ検出された上記電子部品の画像に対して上記電子部品の大きさから処理エリアを決定する処理エリア決定手段（４０１）と、
上記電子部品の画像において上記決定された処理エリアのウィンドウ（５００）内をサンプリングして上記電子部品の中心及び傾きを大まかに検出する重心及び傾き検出手段（４０２，４０３）と、
上記部品の大きさと上記電子部品の大まかな位置とを基に、上記電子部品の画像において全ての上記接合部の位置を検出する接合部位置検出手段（４０４）と、
全ての上記接合部の位置から上記電子部品の画像における上記電子部品の正確な位置を検出する接合部中心及び傾き検出手段（４０５）とを備えるようにした請求項６〜９のいずれかに記載の電子部品実装装置。
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