JP3914061B2 - 部材載装機器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板上や基板上の部品上に電子部品、クリーム半田、接着樹脂などの部材を載装する部材載装機器に係り、特に、載装の位置合わせや載装状態の確認、あるいは基板存在の確認などのため画像を取り込む撮像装置部が具備された部材載装機器に関する。
【0002】
【従来の技術】
基板上に電子部品をマウントする表面実装機、基板上に所定パターンにクリーム半田などを印刷するスクリーン印刷機、実装部品を接着するための接着樹脂などを基板上に付着させるディスペンサなど各種の部材載装機器には、載装の位置合わせや載装状態の確認、あるいは基板存在の確認などを行なうための撮像装置部が設けられている場合がある。
【0003】
このような撮像装置部のセンサデバイスには、微小な光電変換素子を集積してなるエリアセンサやラインセンサなどを用いることができる。また、撮像装置部には、撮像対象物に適当な照度を与えるため照明装置が併設される場合がある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
撮像装置部から取り込まれる撮像対象物の認識は、近時の電子部品や実装パターンの微小化・微細化に伴ってますます高精度化が要求されている。高精度な認識のためには、例えば撮像対象物の照度を適切に維持し、これにより、撮像装置部の出力においてそのダイナミックレンジ内に広範囲に分布する撮像データを得ることが必要である。黒側や白側に偏ると階調性の乏しい画像になり(被写画像に鮮明さがなくなり)、高精度な認識に不向きな撮像データになるからである。
【0005】
そこで、撮像対象物の照度を維持するには、照明装置の発光光度を一定にすることが必要となるが、一般に、照明装置には、経時的な光度変化が存在する。例えば、LED(light emitting diode)ランプは、小型、省電力、安価など多くの利点がある一方、半導体特有の温度特性があり自己発熱によっても経時的に光度が変化する。したがって、何ら対処を行なわない場合には光度変化によって撮像対象物の照度が変動し、これにより撮像装置部が撮像する画像の階調性が黒側や白側に偏って乏しくなる現象が生じる。
【0006】
本発明は、上記した事情を考慮してなされたもので、基板上や基板上の部品上に電子部品、クリーム半田、接着樹脂などの部材を載装する部材載装機器において、載装の位置合わせや載装状態の確認、あるいは基板存在の確認などのため従来に増して階調性のある画像を得る撮像装置部が具備された部材載装機器を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、本発明は、基板をほぼ水平姿勢で支持し得る基板支持装置と、前記基板支持装置の上方に設けられ、少なくとも水平方向に移動して前記支持された基板上に部材を載装する載装装置と、前記基板支持装置の上方に設けられ、前記基板を上方から撮像する撮像装置と、を有する部材載装機器であって、前記撮像装置に接続して設けられ、前記撮像装置により得られた撮像データから輝度を検出し、さらに白側ピーク付近の輝度の値と最も黒側の付近の輝度の値との差である輝度コントラストを検出する輝度コントラスト検出手段と、前記撮像装置に接続して設けられ、前記検出された輝度を用いて前記撮像装置により得られた撮像データを補正する補正手段とを具備し、前記補正手段は、前記輝度コントラスト検出手段により検出された前記輝度コントラストが第1の所定値よりも小さく、かつ前記撮像データの最も黒側の付近の輝度の値が第2の所定値より大きい場合に前記得られた撮像データの値を縮小倍する一方、前記輝度コントラストが第3の所定値よりも小さく、かつ前記撮像データの白側ピーク付近の輝度の値が第4の所定値より小さい場合に前記得られた撮像データの値を拡大倍することを特徴とする。
【0008】
すなわち、この部材載装機器では、撮像装置により得られた撮像データから、その白側ピーク付近の輝度の値と最も黒側の付近の輝度の値との差である輝度コントラストを検出することにより撮像データの値を補正する。これは輝度コントラストの検出によって等価的に撮像対象物の照度の検出が可能だからである。具体的には、検出された輝度が大きく 撮像データに白側への偏りが生じている場合、これは輝度コントラストでいうと白側に偏りが生じコントラストが低下している状態に相当する。したがって、輝度コントラストの低下を検出し、かつ低輝度側の値、つまり最も黒側の付近の輝度の値が所定値より大きい場合を撮像対象物の照度が大きいと判定する。この判定により、得られた撮像データの値を縮小倍する。また、検出された輝度が小さく撮像データに黒側への偏りが生じている場合、これは輝度コントラストでいうと黒側に偏って輝度コントラストが低下している状態に相当する。したがって、輝度コントラストの低下を検出し、かつ高輝度側の値、つまり白側ピーク付近の輝度の値が所定値より小さい場合を撮像対象物の照度が小さいと判定する。この判定により得られた撮像データの値を拡大倍する。
【0009】
したがって、撮像データは、結果として撮像対象物の照度に追従して補正され、ダイナミックレンジ内に広範囲に分布する画像とすることができる。よって、従来に増して階調性を有する画像を得ることが可能になる。
【0010】
なお、本発明の部材載装機器には、代表的なものとして、表面実装機(マウンタ)、スクリーン印刷機、ディスペンサが挙げられる。これらにおける「部材」としては、したがって、表面実装機では、抵抗、コンデンサ、トランジスタ、IC(integrated circuit)などの電子部品、スクリーン印刷機では、クリーム半田、抵抗ペーストなどのペースト状組成物、ディスペンサでは、接着樹脂、界面活性剤などの塗布剤を挙げることができる。
【0011】
載装装置は、表面実装機では、一般にヘッドユニットと呼ばれているものに相当し、電子部品装着用の例えば複数の吸着ヘッドを具備する。このヘッドユニットは、例えば、全体としてX軸(左右)、Y軸(前後)方向に移動可能に構成され、かつそれぞれの吸着ヘッドがZ軸(上下)方向およびR軸(垂直軸回り)方向に昇降または回転可能に構成される。これにより、電子部品を部品フィーダから吸着し基板上の所定の位置に載置する。
【0012】
また、載装装置は、スクリーン印刷機では、一般にスキージユニットと呼ばれているものに相当し、ペースト状組成物をスクリーンマスクの貫通穴(ピット)を通して基板に印刷付着させるスキージを具備する。スキージは、例えば、スクリーンマスクを前後方向(Y方向)に線状に押圧しながら、左右方向(X方向)の一方向(双方向でもよい)に移動する。これにより、スクリーンマスク上に存在するペースト状組成物を、貫通穴を通して基板側に導く。
【0013】
また、載装装置は、ディスペンサでは、一般にディスペンサヘッドと呼ばれているものに相当し、塗布剤を吐出する例えば複数のノズルを具備する。このディスペンサヘッドは、例えば、全体としてX軸(左右)、Y軸(前後)方向に移動可能に構成され、かつそれぞれのノズルがZ軸(上下)方向に昇降可能に構成される。これにより、所定の塗布剤を基板上の所定の位置に塗布付着させる。
【0014】
基板を上方から撮像する撮像装置は、例えば、基板上のマーク(フィデューシャルマーク)を認識することによる基板の存在確認や正確な基板の支持位置の検出、あるいは部材載装後における基板上への部材載装状態の確認を行なうため設けられる。
【0015】
なお、照度とは、通常、視感度に基づく心理物理量をいうが、ここではこれに限らず撮像装置の波長感度に基づく量をも含む。したがって、例えば撮像装置が赤外線カメラである場合には赤外線量に基づく量とすることができる。これは以下でも同様である。
【0016】
また、本発明は、基板をほぼ水平姿勢で支持し得る基板支持装置と、前記基板支持装置の上方に設けられ、少なくとも水平方向に移動して前記支持された基板上に部材を載装する載装装置と、前記載装装置を下方から撮像する撮像装置と、を有する部材載装機器であって、前記撮像装置に接続して設けられ、前記撮像装置により得られた撮像データから輝度を検出し、さらに白側ピーク付近の輝度の値と最も黒側の付近の輝度の値との差である輝度コントラストを検出する輝度コントラスト検出手段と、前記撮像装置に接続して設けられ、前記検出された輝度を用いて前記撮像装置により得られた撮像データを補正する補正手段とを具備し、前記補正手段は、前記輝度コントラスト検出手段により検出された前記輝度コントラストが第1の所定値よりも小さく、かつ前記撮像データの最も黒側の付近の輝度の値が第2の所定値より大きい場合に前記得られた撮像データの値を縮小倍する一方、前記輝度コントラストが第3の所定値よりも小さく、かつ前記撮像データの白側ピーク付近の輝度の値が第4の所定値より小さい場合に前記得られた撮像データの値を拡大倍することを特徴とする。
【0017】
この場合には、載装装置を下方から撮像する撮像装置が設けられる。この撮像装置は、表面実装機でいえば、例えば、吸着ヘッドが電子部品を吸着した状態における電子部品の位置や姿勢を正確に検出するため設けられる。この検出結果は、例えば、基板上への実装位置精度を向上するため利用可能である。
【0018】
この場合にも、撮像装置により得られた撮像データから輝度コントラストを検出することにより撮像データの値が補正される。
【0019】
また、本発明は、実施態様として、前記撮像装置による撮像対象物のひとつとなる光反射性物体をさらに具備し、前記補正手段は、あらかじめ前記光反射性物体を撮像することにより得られた前記光反射性物体の照度を用いて前記所定値を定めておく。
【0020】
すなわち、あらかじめ撮像条件がある一定のもとで光反射性物体を撮像しこの撮像データをのちの基準として用いる。この撮像データを標準に前記所定値を定め、この所定値に基づき撮像データの補正を行なう。
【0021】
これにより撮像対象物の照度変化に追従して、ダイナミックレンジ内に広範囲に分布する画像とすることができる。よって、例えば照明の経時的な変化にかかわらず黒側や白側に偏りがなく階調性のある画像を得ることが可能になる。また、撮像条件がある一定のもとで一定反射率の光反射性物体を撮像するので、適切な基準により前記所定値を定めることができる。
【0022】
また、本発明は、実施態様として、前記撮像装置による撮像対象物のひとつとなる光反射性物体をさらに具備し、前記補正手段は、あらかじめ前記光反射性物体を撮像することにより得られた撮像領域内の照度ばらつきに基づいて前記得られた撮像データの値をさらに補正する。この場合の前記照度ばらつきは、撮像領域内の予め設定された複数座標の照度の平均値と前記各座標の照度との比である。
【0023】
このような補正によれば、撮像領域内に照度ばらつきが存在して、得られる撮像データの値に影響が及んでいる場合であっても、補正により、照度ばらつきのない場合と同等の撮像データを得ることができる。このような補正のされた撮像データでは、階調性の確保に加えて撮像対象物に対する忠実性がより向上されたものとなっており、さらに基板マークや部材などの高精度な認識に有用である。
【0024】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。図1および図2は、本発明を適用し得る表面実装機の構成を示す図である。図1は、平面図であり、図2は正面図である。
【0025】
図1および図2に示すように、この表面実装機は、基台1、コンベア2、部品供給部3、テープフィーダ4、ヘッドユニット5、ヘッドユニット支持部材6、Y軸固定レール7、X軸ガイド部材8、Y軸サーボモータ9、Y軸ボールネジ10、X軸サーボモータ11、X軸ボールネジ12、固定カメラ15、移動カメラ16を具備する。ヘッドユニット5は、複数の吸着ヘッド13、複数の吸着ノズル14、基準反射体17を有する。
【0026】
基台1上には、プリント基板搬送用のコンベア2が配設され、プリント基板Pがコンベア2上を搬送されて図示省略のクランプ機構により所定の装着作業位置で停止されるようになっている。コンベア2のY方向外側にはそれぞれ部品供給部3が配置される。部品供給部3には各種部品を供給するための多数のテープフィーダ4が配置され、テープフィーダ4は、隣接してかつおのおの位置決めされた状態で固定されている。
【0027】
各テープフィーダ4は、それぞれ、IC、トランジスタ、コンデンサなどの小片状電子部品を所定間隔おきに収納・保持したテープがリール(図示省略)から導出されるように構成され、吸着ヘッド13により部品がピックアップされるにつれてテープが間欠的に送り出されるようになっている。
【0028】
基台1の上方にはヘッドユニット5が装備され、ヘッドユニット5は、以下のように、X軸方向およびY軸方向に移動可能に構成されている。
【0029】
すなわち、基台1には、ヘッドユニット5の支持部材6がY軸方向の固定レール7に移動可能に配置され、支持部材6上にヘッドユニット5がX軸方向のガイド部材8に沿って移動可能に支持されている。そして、Y軸サーボモータ9によりボールネジ10を介して支持部材6のY軸方向の移動が行なわれるとともに、X軸サーボモータ11によりボールネジ12を介してヘッドユニット5のX軸方向の移動が行なわれるようになっている。
【0030】
ヘッドユニット5には、部品装着用の複数の吸着ヘッド13が具備されており、この例では6本の吸着ヘッド13がX軸方向に一列に並べて配設されている。吸着ヘッド13は、それぞれヘッドユニット5のフレームに対してZ軸方向の移動およびR軸(吸着ノズル14の中心軸)回りの回転が可能とされ、サーボモータ(図示省略)によりこの昇降および回転がなされる。各吸着ヘッド13のZ軸下端には吸着ノズル14が設けられ、部品吸着時に図示省略の負圧供給手段から各吸着ノズル14に負圧が供給される。これにより、吸引力で部品が吸着ノズル14に吸着される。
【0031】
ヘッドユニット5には、さらにCCD(charge coupled device)エリアセンサを撮像素子とする移動カメラ16が設けられている。この移動カメラ16は、プリント基板Pの作業位置での停止後に、基板に印されたマーク(フィデューシャルマーク)を撮像し、これにより、基板の存在確認や正規の位置からのずれの検出などを行なうものである。検出された正規の位置からのずれについては、吸着ヘッド13により部品を基板P上に搭載するときに吸着ヘッド13の位置を補正するため利用される(この補正値は後述するがδ1と表記する。)。
【0032】
また、ヘッドユニット5には、吸着ヘッド13の並びの外側に基準反射体17が配置される。基準反射体17は、基台1に対向する面がある程度の面積を有し、かつこの面がほぼ一様な反射率の拡散反射面を有するものである。この基準反射体17は、後述の固定カメラ15によって吸着ヘッド13が部品を吸着した状態を撮像する場合における基準データとなるデータを取得するためのものである。
【0033】
ヘッドユニット5の可動エリア内であって基台1上の部品供給部3近傍かつコンベア2に対して線対称となる2箇所には、それぞれ、ラインセンサを撮像素子とする固定カメラ15が設けられる。固定カメラ15は、部品吸着後における吸着ヘッド13を下方から撮像し、その撮像データから、部品が各ノズル14に正確に吸着されたかを検出しさらに吸着位置ずれの検出を行なうためのものである。検出された吸着位置ずれは、吸着ヘッド13により部品を基板P上に搭載するときの吸着ヘッド13の位置を補正するため利用される(この補正値は後述するがδ2と表記する。)。
【0034】
なお、移動カメラ16または固定カメラ15のため、撮像対象物を照明する専用の照明部をこれらのカメラ16、15の近傍に設けるようにしてもよい。
【0035】
次に、上記の表面実装機の制御部について図3を参照して説明する。図3は、本発明の一実施形態たる表面実装機の制御系の構成を示すブロック図である。同図においてすでに説明した構成要素と同一のものには同一の番号を付してある。なお、図示した制御系の構成には、発明の実施形態として重要性の小さい部分を省略しているところがある(例えばコンベア2の制御など)。
【0036】
図3に示すように、制御装置30は、統括制御部35、そのための記憶部37、画像処理部33、そのための記憶部34、X軸サーボ装置などサーボ装置とのインターフェース32を有する。
【0037】
移動カメラ16、固定カメラ15には、それぞれ、撮像を行なう撮像部が存在し、それらの撮像出力が画像処理部33に供給・接続されている。固定カメラ15は、上記の例では表面実装機の2箇所に設けられているが、他方のものも同様に制御装置30に接続されている。
【0038】
インターフェース32は、図示のように、X軸サーボ装置43、Y軸サーボ装置44、ヘッドユニット部サーボ装置40(Z軸サーボ装置41、…、R軸サーボ装置42、…)との接続を有する。X軸サーボ装置43は、図1、図2におけるX軸サーボモータ11を含む構成であり、Y軸サーボ装置44は、同図のY軸サーボモータ9を含む構成である。
【0039】
統括制御部35は、X軸サーボ装置43、Y軸サーボ装置44、ヘッドユニット部サーボ装置40の動作を統括的に制御するため処理を行なうものである。実体的には、マイクロプロセッサなどのハードウエアと制御プログラムなどのソフトウエアとにより構成され得る。
【0040】
記憶部37は、統括制御部35が行なう処理に必要な情報を記憶するものである。必要に応じて、統括制御部35から情報が出し入れされる。
【0041】
画像処理部33は、移動カメラ16、固定カメラ15で得られた撮像データを処理し、これにより撮像データに含まれる情報を認識して統括制御部35に供給するものである。認識する情報については、後述する。なお、画像処理部33も、実体的には、マイクロプロセッサなどのハードウエアと制御プログラムなどのソフトウエアとにより構成され得る。
【0042】
記憶部34は、画像処理部33が行なう処理に必要な情報を記憶するものである。必要に応じて、画像処理部33から情報が出し入れされる。
【0043】
インターフェース32は、統括制御部35が処理することにより生成されたサーボ制御信号を、X軸サーボ装置43、Y軸サーボ装置44、ヘッドユニット部サーボ装置40に出力し、また、これらのサーボ装置43、44、40からのセンサ出力を入力するためのインターフェースである。
【0044】
次に、図3に示した制御系による、図1、図2に示した表面実装機の動作について図4をも参照して説明する。図4は、図3に示した制御系による、図1、図2に示した表面実装機の動作フローを示す流れ図である。
【0045】
まず、すでに表面実装機で部品がすべて搭載されたプリント基板Pがコンベア2により搬出され、部品未搭載のプリント基板Pが新たにコンベア2により搬入され所定位置にクランプされる(ステップ51)。そして、搭載済みリストが初期化される(ステップ52)。搭載済みリストは、記憶部37に記憶・保持されている。
【0046】
次に、X軸サーボ装置43、Y軸サーボ装置44により移動カメラ16を基板上に移動する(ステップ53)。そして、必要なら移動カメラ16の撮像データについての補正係数を獲得(または更新)の上、基板のマークを撮像し、所定の場合その撮像データに画像処理部33で上記補正係数に基づく補正処理を行なう(ステップ54)。補正された画像(ただし所定の場合以外には補正されていない画像)を、撮像データ1とする。なお、ステップ54の詳細については、後述する。
【0047】
次に、撮像データ1を画像処理部33により処理し、基板マークを認識することにより、基板の位置ずれ(X方向、Y方向、XY平面に垂直な軸回りのθ方向)を検出し、検出された位置ずれから各部品の搭載位置補正値δ1が求められる。補正値δ1は、統括制御部35に渡されて記憶部37に格納・記憶される(ステップ55)。
【0048】
次に、統括制御部35により搭載済リストが調べられ未搭載データの有無が判断される(ステップ56)。未搭載データがなくなればすべての部品の搭載が完了しているのでこの基板について処理終了となる。未搭載データがある場合には、統括制御部35により、そのデータを検索し実装順序などの作業手順を決定する(ステップ57)。
【0049】
次に、決定された作業手順に従って、X軸サーボ装置43、Y軸サーボ装置44を制御して、吸着ヘッド13を部品吸着位置に移動させて部品を吸着する(ステップ58)。この部品吸着は、所定のすべてのノズル14に部品が吸着されるよう繰り返される(ステップ59)。なお、この吸着動作における吸着ヘッド13の吸着位置制御は、後述する固定カメラ15の撮像によって検出される吸着ヘッド13の位置ずれを考慮に入れて、部品に対しての吸着ヘッド13の位置ずれが小さくなるように制御して行なってもよい。
【0050】
次に、X軸サーボ装置43、Y軸サーボ装置44を制御して、ヘッドユニット5を固定カメラ15上に移動する。この例では、固定カメラ15はラインカメラであり、そのライン方向と直交する方向(X方向)にヘッドユニット5を走査するように移動する(ステップ60)。
【0051】
そして、必要なら基準反射体17の撮像データからむら補正係数を獲得(または更新)の上、部品が吸着された吸着ヘッド13を撮像し、この撮像データから固定カメラ15についての補正係数を獲得する。さらに、所定の場合その撮像データに画像処理部33で上記補正係数に基づく補正処理を行ない、かつ、上記むら補正係数による補正処理も行なう。この補正された画像を撮像データ2とする(ステップ61)。なお、このステップ61の詳細については、後述する。
【0052】
次に、撮像データ2を画像処理部33により処理し、吸着された部品を認識することにより、吸着部品の位置ずれを検出し、検出された位置ずれから各吸着部品の搭載位置補正値δ2が求められる(ステップ62)。補正値δ2は、統括制御部35に渡されて記憶部37に格納・記憶される。そして、統括制御部35により、上記で求められ保持された補正値δ1と補正値δ2とから、最終的な搭載位置補正値となるδ(=δ1+δ2)を求めこれを記憶部37に記憶・保持する(ステップ63)。
【0053】
次に、X軸サーボ装置43、Y軸サーボ装置44を制御して、吸着ヘッド13を補正された搭載位置に移動させて部品を装着する(ステップ64)。この部品装着は、所定のすべてのノズル14について繰り返される(ステップ65)。所定のすべてのノズル14について装着が完了すると、ステップ56に戻り未搭載データについて同様に動作・処理が行なわれる。
【0054】
ここで、「必要なら移動カメラ16の撮像データについての補正係数を獲得(または更新)の上、基板のマークを撮像し、所定の場合その撮像データに画像処理部33で上記補正係数に基づく補正処理を行なうステップ」(ステップ54)の詳細について、図5を参照して説明する。図5は、図4におけるステップ54の詳細な処理の一例を示す流れ図である。
【0055】
まず、統括制御部35により、移動カメラ16についての補正係数獲得(または更新)の条件が成立しているか否かが判断される(ステップ541)。この条件はあらかじめ設定し記憶部37に保持しておくことができる。例えば、プリント基板n枚ごと、設定時間の経過ごと、設定部品数の搭載ごと、この表面実装機の起動ごと、照明部への供給電圧を検出しその検出電圧に一定以上の変化が生じるごと、照明部のLEDランプの交換を行なうごと、などの条件とすることができる。これらの条件が成立していない場合は、後述するステップ543の処理に移行する。
【0056】
条件が成立している場合には、補正係数を得るため以下の処理を行なう。すなわち、基板を撮像して撮像データを得、例えばその画面内の平均値をフルスケールの例えば中央値で割った(正規化した)値を求め、これを補正係数とする。例えば、平均値が0.5でフルスケールを1とすれば補正係数は1、平均値が0.4でフルスケールを1とすれば補正係数は0.8、平均値が0.6でフルスケールを1とすれば補正係数は1.2である。求められた補正係数は、記憶部34に格納・記憶される(ステップ542)。
【0057】
次に、基板マークを撮像し撮像データを得る。この撮像データは、画像処理部33で処理され、これによりデータの輝度が検出される(ステップ543)。輝度は、単純な方法としては、画面内の平均値を求めることにより得ることができる。
【0058】
次に、検出された輝度が所定範囲にあるか否かが判断される(ステップ544)。所定範囲内にある場合は、撮像対象物の照度が適切であり階調性も確保された画像であるとして基板マークの撮像データは補正されずにこの処理は終了される。
【0059】
所定範囲より大きい場合には、撮像対象物の照度が適切な範囲から増大しており、階調性の乏しい撮像データが得られたとして、基板マークの撮像データは補正される。補正は、撮像データを上記の補正係数で割る演算を行なうことによりなされる。すなわち、この場合には、補正係数は1より大であるはずであり、補正は1より大の値で割ることにより行なわれるので、撮像データは、縮小倍される(ステップ545)。
【0060】
所定範囲より小さい場合には、撮像対象物の照度が適切な範囲から減少しており、階調性の乏しい撮像データが得られたとして、基板マークの撮像データは補正される。補正は、撮像データを上記の補正係数で割る演算を行なうことによりなされる。すなわち、この場合には、補正係数は1より小であるはずであり、補正は1より小の値で割ることにより行なわれるので、撮像データは、拡大倍される(ステップ546)。
【0061】
このような基板マークの撮像データに対する補正により、撮像データの各値の分布が適切な広がりを有するものとなり、階調性の確保された撮像データを得ることができる。よって、照度が経時的に変動する場合にも対応して、撮像データ1からマークの認識を高精度に行なうことができる。
【0062】
なお、上記でステップ545とステップ546とは、実際に行なう処理内容が同一であり、補正係数の値により結果として縮小倍になるか拡大倍になるかの違いである。したがって、ステップ544の判断を、所定範囲内であるか所定範囲外であるかの判断とし、所定範囲外の場合にステップ545(=ステップ546)の処理を行なうようにしても同じことである。これは、以下の説明において、ステップ545とステップ546とに言及される場合について同様である。
【0063】
次に、「必要なら移動カメラ16の撮像データについての補正係数を獲得(または更新)の上、基板のマークを撮像し、所定の場合その撮像データに画像処理部33で上記補正係数に基づく補正処理を行なうステップ」(ステップ54)の詳細について、他の例を、図6を参照して説明する。図6は、図4におけるステップ54の詳細な処理の他の例を示す流れ図である。図6において、図5で説明したステップと同様のステップには同一番号を付し、その説明を省略する。
【0064】
この例は、撮像対象物の照度が適切であり階調性も確保された画像であると判断するのに輝度ではなく輝度コントラストを用いるようにしたものである。これは、すでに説明したように、輝度コントラストの検出によっても等価的に撮像対象物の照度の検出が可能だからである。
【0065】
処理手順を説明するに、ステップ541、または542の後で、基板を撮像し、得られた撮像データから画像処理部33において輝度コントラストを検出する(ステップ591)。輝度コントラストは、単純には、画面内の白側ピーク付近の値と最も黒側の付近の値との差により検出することができる。
【0066】
そして、検出された輝度コントラストが第1の所定値より小さく、かつ撮像データの低輝度側の値、つまり画面内の最も黒側の付近の値が第2の所定値より大きいと判断される場合(ステップ592)には、撮像対象物の照度が適切な範囲から増大しており、階調性の乏しい撮像データが得られたとして、すでに説明したステップ545の処理を行なう。これは、輝度コントラストが第1の所定値より小さいことで階調性の乏しい画像と判断し、その階調性劣化が白側に偏って生じたものと判断するため低輝度側の値を第2の所定値と比較するものである。第1の所定値、第2の所定値については、移動カメラ16の特性を考慮して例えば実験的に定めることができる。
【0067】
また、検出された輝度コントラストが第3の所定値より小さく、かつ撮像データの高輝度側の値、つまり画面内の白側ピーク付近の値が第4の所定値より小さいと判断される場合(ステップ593)には、撮像対象物の照度が適切な範囲から減少しており、階調性の乏しい撮像データが得られたとして、すでに説明したステップ546の処理を行なう。これは、輝度コントラストが第3の所定値より小さいことで階調性の乏しい画像と判断し、その階調性劣化が黒側に偏って生じたものと判断するため高輝度側の値を第4の所定値と比較するものである。第3の所定値、第4の所定値については、移動カメラ16の特性を考慮して例えば実験的に定めることができる。第3の所定値については、上記の第1の所定値と同一とすることもできる。
【0068】
以上のような処理によっても図5に示した処理と同様に、撮像データの各値の分布が適切な広がりを有するものとなり、階調性の確保された撮像データを得ることができる。よって、照度が経時的に変動する場合にも対応して、撮像データ1からマークの認識を高精度に行なうことができる。
【0069】
次に、「必要なら基準反射体17の撮像データからむら補正係数を獲得(または更新)の上、部品が吸着された吸着ヘッド13を撮像し、この撮像データから固定カメラ15についての補正係数を獲得する。さらに、所定の場合その撮像データに画像処理部33で上記補正係数に基づく補正処理を行ない、かつ、上記むら補正係数による補正処理も行なうステップ」(ステップ61)の詳細について、図7を参照して説明する。図7は、図4におけるステップ61の詳細な処理の一例を示す流れ図である。図7において、すでに説明したステップと同様のステップには同一番号を付し、その説明を省略する。
【0070】
まず、統括制御部35により、基準データ更新の条件が成立しているか否かが判断される(ステップ611)。この条件はあらかじめ設定し記憶部37に保持しておくことができる。例えば、表面実装機の電源投入から所定の時間が経過したときなどの条件とすることができる。この条件が成立していない場合は、後述するステップ613の処理に移行する。
【0071】
条件が成立している場合には、以下述べるステップ612の処理に移行する。まず、ヘッドユニット5を移動させながら基準反射体17を固定カメラ15で撮像し、基準反射体17の撮像データd(x、y)を得る。ここで、基準反射体17のY方向長さが短い場合には、ヘッドユニット5をY方向にステップ送りして複数回X方向にヘッドユニット5を移動させて基準反射体17を撮像することにより十分なY方向長さの基準撮像データd(x、y)を得ることできる。
【0072】
基準反射体17は、例えば、標準とされる状態で固定カメラ15により撮像した場合に中加減の適切な固定カメラ15の出力が得られる一様の拡散反射率(すなわち、色としてグレー)を有している。したがって、基準反射体17の撮像データd(x、y)の平均値Bavは、その後に固定カメラ15が撮像する画像の良し悪しを判断する基準となる。
【0073】
また、平均値Bavの獲得とともに、各座標(x、y)ごとに撮像データを補正(むら補正)するためのむら補正係数W(x、y)(=Bav/d(x、y))を求める。このむら補正係数は、その後に固定カメラ15が撮像する画像を各座標(x、y)ごとに補正するものである。以上の処理がステップ612である。
【0074】
次に、部品が吸着された吸着ヘッド13を撮像し撮像データを得、この撮像データの輝度として輝度平均値Avdを求める。また、この輝度平均値Avdをフルスケールの例えば中央値で割った(正規化した)値を求め、これを補正係数とする。例えば、平均値が0.5でフルスケールを1とすれば補正係数は1、平均値が0.4でフルスケールを1とすれば補正係数は0.8、平均値が0.6でフルスケールを1とすれば補正係数は1.2である。求められた補正係数は、記憶部34に格納・記憶される(ステップ613)。
【0075】
なお、このステップ613における補正係数の算出・更新は、毎回行なわずに、例えば、プリント基板n枚ごと、設定時間の経過ごと、設定部品数の搭載ごと、この表面実装機の起動ごと、照明部への供給電圧を検出しその検出電圧に一定以上の変化が生じるごと、照明部のLEDランプの交換を行なうごと、などの条件成立時のみとするようにしてもよい。
【0076】
次に、検出された輝度平均値Advがあらかじめ求められているBavを基準にして所定範囲にあるか否かが判断される(ステップ614)。所定範囲内にある場合は、撮像対象物の照度が変化していないか変化していてもごく小さく、階調性も確保された画像であるとしてここでは何も補正せず後述するステップ615の処理に移行する。
【0077】
所定範囲より大きい場合には、撮像対象物の照度が適切な範囲から増大しており、階調性の乏しい撮像データが得られたとして、吸着ヘッド13の撮像データは、すでに述べたステップ545の処理により補正される。すなわち、この場合には、補正係数は1より大であるはずであり、補正は1より大の値で割ることにより行なわれるので、撮像データは、縮小倍される。
【0078】
所定範囲より小さい場合には、撮像対象物の照度が適切な範囲から減少しており、階調性の乏しい撮像データが得られたとして、吸着ヘッド13の撮像データは、すでに述べたステップ546の処理により補正される。すなわち、この場合には、補正係数は1より小であるはずであり、補正は1より小の値で割ることにより行なわれるので、撮像データは、拡大倍される。
【0079】
このような吸着ヘッド13の撮像データに対する補正により、撮像データの各値の分布が適切な広がりを有するものとなり、階調性の確保された撮像データを得ることができる。よって、照度が経時的に変動する場合にも対応して、吸着ヘッドの部品吸着状況の認識を高精度に行なうことに寄与できる。
【0080】
以上のようにして撮像データに対する一様な補正処理を行なったら(または場合によっては一様な補正処理がされない状態で)、次に、吸着ヘッド13の撮像データを座標ごとの補正係数(むら補正係数)W(x、y)により補正する(ステップ615)。この補正により、照明むらや固定カメラ15の光電変換素子の感度ばらつきを排除した吸着ヘッド13の撮像データ(撮像データ2)を得ることができる。
【0081】
より具体的には、吸着ヘッド13の撮像データの各座標での値に、座標(x、y)に応じたむら補正係数W(x、y)が掛け算される。W(x、y)は、基準反射体17を撮像したときの撮像データd(x、y)の逆数に比例した値であり、すなわち、W(x、y)を乗じるということは、基準反射体17の拡散反射率を基準とした吸着ヘッド13の反射率を得ることに等しくなる。すなわち、照明むらや固定カメラ15の光電変換素子の感度ばらつきを排除した撮像データが得られることになる。したがって、一層、吸着状態の認識を高精度に行なうことができる撮像データが得られる。
【0082】
次に、「必要なら基準反射体17の撮像データからむら補正係数を獲得(または更新)の上、部品が吸着された吸着ヘッド13を撮像し、この撮像データから固定カメラ15についての補正係数を獲得する。さらに、所定の場合その撮像データに画像処理部33で上記補正係数に基づく補正処理を行ない、かつ、上記むら補正係数による補正処理も行なうステップ」(ステップ61)の詳細について、他の例を、図8を参照して説明する。図8は、図4におけるステップ61の詳細な処理の他の例を示す流れ図である。図8において、すでに説明したステップと同様のステップには同一番号を付し、その説明を省略する。
【0083】
この例は、撮像対象物の照度が適切であり階調性も確保された画像であると判断するのに輝度ではなく輝度コントラストを用いるようにしてものである。これは、すでに説明したように、輝度コントラストの検出によっても等価的に撮像対象物の照度の検出が可能だからである。
【0084】
図8に示す処理では、図7のステップ613に代えてステップ661を行い、また、図7のステップ614に代えてステップ592およびステップ593を行なう。
【0085】
ステップ661は、実質的には、ステップ613とほぼ同じであり、撮像データから輝度コントラストを求める処理が加わったものである。その本質的な方法はすでに図6のステップ591で説明したものと同種である。また、ステップ592およびステップ593はすでに図6で説明したものと同様である。
【0086】
図8に示す処理によっても、図7に示す処理と同様に、照度が経時的に変動する場合に対応して、撮像データから吸着状態の認識を高精度に行なうことができる。
【0087】
以上説明のように、本発明の実施形態たる表面実装機では、撮像データが結果として撮像対象物の照度に追従して補正され、ダイナミックレンジ内に広範囲に分布する画像とすることができる。よって、従来に増して階調性を有する画像を得ることが可能になる。
【0088】
なお、以上の説明では、固定カメラ15については基準反射体17を有する撮像データの補正系を、移動カメラ16については基準反射体を持たない撮像データの補正系を、それぞれ説明したが、本発明としてはいずれがいずれであってもよい。すなわち、固定カメラ15について基準反射体17を持たない補正系を適用するようにしてもよく、移動カメラ16については基板近傍に基準反射体を設けることにより基準反射体を用いる補正系とすることもできる。
【0089】
また、以上では、本発明を表面実装機に適用した場合を説明したが、これをスクリーン印刷機に適用することもできる。以下、これを、図9を参照して説明する。図9は、本発明を適用し得るスクリーン印刷機の構成を示す正面図である。
【0090】
図9に示すように、このスクリーン印刷機70は、スキージユニット71、フレーム支持部材77、スキージユニット移動機構78、固定カメラ79、マスク保持機構80a、80b、印刷ステージ83、昇降回転ユニット84、テーブル85を具備する。スキージユニット71は、往動時用スキージ72、復動時用スキージ73、フレーム74、エアシリンダ75、76を有する。
【0091】
マスク保持機構80a、80bには、スクリーンマスク81が張設され得る。また、印刷ステージ83上には基板82が載置・保持され得る。
【0092】
上記構成を説明するに、スキージユニット71は、全体としてフレーム支持部材77に接続されスキージユニット移動機構78によりX方向に移動可能に支持されている。スキージユニット71のフレーム74には、往動時用スキージ72、復動時用スキージ73が取り付けられており、これらのスキージ72、73は、それぞれ、Y方向に線状の下端部を有しており、また、エアシリンダ75、76により昇降可能になっている。
【0093】
スキージ72または73によりスクリーンマスク81を介して基板82上にペースト状組成物を印刷する場合には、往動(図右方向)か復動(図左方向)かに従ってエアシリンダ75または76の一方がスキージ72または73がスクリーンマスク81に押圧される。この押圧状態を保ってスキージユニット71が全体としてX方向に移動する。これにより、基板82上にペースト状組成物を印刷することができる。
【0094】
マスク保持機構80a、80bは、スクリーンマスク81のX方向両端部を挟持するものである。挟持されたスクリーンマスク81の下側には、基板82を載置・保持した印刷ステージ83が移動してきてX、Y、Z、およびθ(XY平面に垂直な軸回り)の所定位置に固定され得る。
【0095】
すなわち、印刷ステージ83は、昇降回転ユニット84により昇降(Z方向)および回転(θ方向)が可能であり、かつ、テーブル85により昇降回転ユニット84とともにX、Y各方向に移動可能である。
【0096】
昇降回転ユニット84および印刷ステージ83の移動動作を説明すると、まず、図示の右側の一点鎖線で示す位置において基板82の搬出、搬入を行なう。搬出はすでに印刷の終了した基板82であり、搬入はこれから印刷を行なう基板82である。
【0097】
次に、基板82を載置保持した印刷ステージ83および昇降回転ユニット84は、左側の実線の位置までテーブル85上を移動する。そして、昇降回転ユニット84が印刷ステージ83を所定の回転位置およびZ方向位置に移動させる(図左側の一点鎖線位置)。これにより印刷可能な基板位置になる。印刷を終えた基板82および印刷ステージ83等は、上記とは反対の動きにより図右側の一点鎖線位置に移動し、基板82が搬出される。
【0098】
以上のような構成を有するスクリーン印刷機70において、基板の搬出・搬入位置の上方には固定カメラ79が設けられる。この固定カメラ79の機能は、基板存在や印刷状態の確認である。例えば、基板存在は、表面実装機と同様に基板に印されたマークを固定カメラ70で撮像・認識することにより確認することができる。また、印刷状態の確認は、印刷されたペースト状組成物を撮像・認識することにより確認することができる。
【0099】
この実施形態では、固定カメラ79について図3で説明した構成により撮像データの補正を行なう。したがって、スクリーン印刷機においても、固定カメラ79の撮像データが結果として撮像対象物の照度に追従して補正され、ダイナミックレンジ内に広範囲に分布する画像とすることができる。よって、従来に増して階調性を有する画像を得ることが可能になる。
【0100】
次に、本発明をディスペンサに適用した場合を、図10を参照して説明する。図10は、本発明を適用し得るディスペンサの構成を示す正面図である。
【0101】
図10に示すように、このディスペンサは、基台91、コンベア92、ヘッドユニット95、X軸ガイド部材98、Y軸サーボモータ99、X軸サーボモータ101、X軸ボールネジ102、移動カメラ106を具備する。ヘッドユニット95は、複数のディスペンサヘッド93a、93b、複数のノズル104a、104bを有する。
【0102】
基台91上には、プリント基板搬送用のコンベア92が配設され、プリント基板がコンベア92上を搬送されて図示省略のクランプ機構により所定の付着作業位置で停止されるようになっている。
【0103】
基台91の上方にはヘッドユニット95が装備され、ヘッドユニット95は、以下のように、X軸方向およびY軸方向に移動可能に構成されている。すなわち、基台91には、ヘッドユニット95の支持部材(図示せず)がY軸方向の固定レール(図示せず)に移動可能に配置され、上記支持部材上にヘッドユニット95がX軸方向のガイド部材98に沿って移動可能に支持されている。そして、Y軸サーボモータ99によりボールネジ(図示せず)を介して上記支持部材のY軸方向の移動が行われるとともに、X軸サーボモータ101によりボールネジ102を介してヘッドユニット95のX軸方向の移動が行なわれるようになっている。
【0104】
ヘッドユニット95には、塗布剤付着用の複数のディスペンサヘッド93a、93bが具備されており、この例では2本のディスペンサヘッド93a、93bがX軸方向に一列に並べて配設されている。ディスペンサヘッド93a、93bは、それぞれヘッドユニット95のフレームに対してZ軸方向の移動が可能とされ、サーボモータ(図示省略)によりこの昇降がなされる。各ディスペンサヘッド93a、93bのZ軸下端にはノズル104a、104bが設けられる。
【0105】
ヘッドユニット95には、さらにCCDエリアセンサを撮像素子とする移動カメラ106が設けられている。この移動カメラ106は、プリント基板の作業位置での停止後に、基板に印されたマークを撮像し、これにより、基板の存在確認や正規の位置からのずれの検出、あるいはディスペンスされた状態の確認などを行なうものである。検出された正規の位置からのずれについては、ディスペンサヘッド93a、93bにより塗布剤を基板上に付着させるときにディスペンサヘッド93a、93bの位置を補正するため利用することができる。
【0106】
なお、移動カメラ106のため、撮像対象物を照明する専用の照明部をこのカメラ106の近傍に設けるようにしてもよい。
【0107】
この実施形態では、移動カメラ106について図3で説明した構成により撮像データの補正を行なう。したがって、このようなディスペンサにおいても、移動カメラ106の撮像データが結果として撮像対象物の照度に追従して補正され、ダイナミックレンジ内に広範囲に分布する画像とすることができる。よって、従来に増して階調性を有する画像を得ることが可能になる。
【0108】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の部材載装機器によれば、検出された輝度により撮像データが補正される。補正は、検出された輝度が所定範囲より大きい場合には得られた撮像データの値が縮小倍されるように、また、検出された輝度が上記所定範囲より小さい場合には得られた撮像データの値が拡大倍されるようになされる。したがって、撮像データは、結果として撮像対象物の照度に追従して補正され、ダイナミックレンジ内に広範囲に分布する画像とすることができる。よって、従来に増して階調性を有する画像を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用し得る表面実装機の構成を示す概略的な平面図。
【図2】本発明を適用し得る表面実装機の構成を示す概略的な正面図。
【図3】本発明の一実施形態たる表面実装機の制御系の構成を示すブロック図。
【図4】図3に示した制御系による、図1、図2に示した表面実装機の動作フローを示す流れ図。
【図5】図4おけるステップ54の詳細な処理の一例を示す流れ図。
【図6】図4おけるステップ54の詳細な処理の他の例を示す流れ図。
【図7】図4おけるステップ61の詳細な処理の一例を示す流れ図。
【図8】図4おけるステップ61の詳細な処理の他の例を示す流れ図。
【図9】本発明を適用し得るスクリーン印刷機の構成を示す概略的な正面図。
【図10】本発明を適用し得るディスペンサの構成を示す概略的な正面図。
【符号の説明】
1…基台2…コンベア 3…部品供給部4…テープフィーダ 5…ヘッドユニット 6…ヘッドユニット支持部材7…Y軸固定レール 8…X軸ガイド部材 9…Y軸サーボモータ10…Y軸ボールネジ 11…X軸サーボモータ12…X軸ボールネジ 13…吸着ヘッド14…吸着ノズル 15…固定カメラ 16…移動カメラ 17…基準反射体 30…制御装置 32…インターフェース 33…画像処理部34…記憶部 35…統括制御部37…記憶部40…ヘッドユニット部サーボ装置 41…Z軸サーボ装置 42…R軸サーボ装置43…X軸サーボ装置 44…Y軸サーボ装置 70…スクリーン印刷機71…スキージユニット 72…往動時用スキージ 73…復動時用スキージ74…フレーム 75、76…エアシリンダ77…フレーム支持部材 78…スキージユニット移動機構 79…固定カメラ80a、80b…マスク保持部材 81…スクリーンマスク 82…基板83…印刷ステージ 84…昇降回転ユニット 85…テーブル91…基台 92…コンベア93a、93b…ディスペンサヘッド 95…ヘッドユニット 98…X軸ガイド部材99…Y軸サーボモータ 101…X軸サーボモータ 102…X軸ボールネジ104a、104b…ノズル 106…移動カメラ
Claims (4)
- 基板をほぼ水平姿勢で支持し得る基板支持装置と、前記基板支持装置の上方に設けられ、少なくとも水平方向に移動して前記支持された基板上に部材を載装する載装装置と、前記基板支持装置の上方に設けられ、前記基板を上方から撮像する撮像装置と、を有する部材載装機器であって、
前記撮像装置に接続して設けられ、前記撮像装置により得られた撮像データから輝度を検出し、さらに白側ピーク付近の輝度の値と最も黒側の付近の輝度の値との差である輝度コントラストを検出する輝度コントラスト検出手段と、
前記撮像装置に接続して設けられ、前記検出された輝度を用いて前記撮像装置により得られた撮像データを補正する補正手段とを具備し、
前記補正手段は、前記輝度コントラスト検出手段により検出された前記輝度コントラストが第1の所定値よりも小さく、かつ前記撮像データの最も黒側の付近の輝度の値が第2の所定値より大きい場合に前記得られた撮像データの値を縮小倍する一方、前記輝度コントラストが第3の所定値よりも小さく、かつ前記撮像データの白側ピーク付近の輝度の値が第4の所定値より小さい場合に前記得られた撮像データの値を拡大倍する
ことを特徴とする部材載装機器。 - 基板をほぼ水平姿勢で支持し得る基板支持装置と、前記基板支持装置の上方に設けられ、少なくとも水平方向に移動して前記支持された基板上に部材を載装する載装装置と、前記載装装置を下方から撮像する撮像装置と、を有する部材載装機器であって、
前記撮像装置に接続して設けられ、前記撮像装置により得られた撮像データから輝度を検出し、さらに白側ピーク付近の輝度の値と最も黒側の付近の輝度の値との差である輝度コントラストを検出する輝度コントラスト検出手段と、
前記撮像装置に接続して設けられ、前記検出された輝度を用いて前記撮像装置により得られた撮像データを補正する補正手段とを具備し、
前記補正手段は、前記輝度コントラスト検出手段により検出された前記輝度コントラストが第1の所定値よりも小さく、かつ前記撮像データの最も黒側の付近の輝度の値が第2の所定値より大きい場合に前記得られた撮像データの値を縮小倍する一方、前記輝度コントラストが第3の所定値よりも小さく、かつ前記撮像データの白側ピーク付近の輝度の値が第4の所定値より小さい場合に前記得られた撮像データの値を拡大倍する
ことを特徴とする部材載装機器。 - 前記撮像装置による撮像対象物のひとつとなる光反射性物体をさらに具備し、
前記補正手段は、あらかじめ前記光反射性物体を撮像することにより得られた前記光反射性物体の照度を用いて前記所定値を定めておくことを特徴とする請求項1または2記載の部材載装機器。 - 前記撮像装置による撮像対象物のひとつとなる光反射性物体をさらに具備し、
前記補正手段は、あらかじめ前記光反射性物体を撮像することにより得られた撮像領域内の照度ばらつきに基づいて前記得られた撮像データの値をさらに補正するものであり、前記照度ばらつきは、撮像領域内の予め設定された複数座標の照度の平均値と前記各座標の照度との比であることを特徴とする請求項1または2記載の部材載装機器。
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