JP3914061B2 - 部材載装機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【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
【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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