JP3964687B2

JP3964687B2 - 物体形状認識方法及び装置

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Publication number: JP3964687B2
Application number: JP2002015829A
Authority: JP
Inventors: 武義磯貝; 範明岩城
Original assignee: Fuji Machine Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Fuji Corp
Priority date: 2002-01-24
Filing date: 2002-01-24
Publication date: 2007-08-22
Anticipated expiration: 2022-01-24
Also published as: JP2003214824A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、物体の３次元形状を認識するとともに２次元形状を認識する方法及び装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、装着部品を供給位置で移送装置の吸着スピンドルの先端に吸着し、装着位置に移送して基板上に装着する装着装置において、供給位置と装着位置との間に設けた撮像位置でスピンドル先端に吸着された装着部品の２次元形状を下方から照明光を当ててカメラで撮像し、装着部品の平面２軸方向の位置ズレ及び回転方向の位置ズレを検出し、平面２軸方向の位置ズレに基づいて前記移送装置の位置補正を行ない、回転方向の位置ズレに基づいてスピンドルを補正回転して装着部品を所定の姿勢で基板上の装着位置に位置決めして装着している。
【０００３】
ところが、最近では部品を基板上に装着したとき、その全ての電極が基板に設けられた配線パターンに接点するか否かをチェックするために、電極端面の同一平面度、即ちコプラナリティを検査し、コプラナリティが悪い装着部品を実装する前に取り除くことが行なわれている。現在このコプラナリティの検査は、レーザ光の反射を利用したレーザ変位計により電極端面の高さを測定する方法、装着部品を横方向からカメラで撮像して電極の高さを測定して行なう方法、又はある角度をなすレーザビームに対しリードをくぐらせ、各リードがレーザビームを遮光するタイミングを検出してリードの相対上下量を認識する方法等により行なわれている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のコプラナリティの検査は、装着部品の平面２軸方向の位置ズレ及び回転方向の位置ズレの検出とは別に、装着部品の電極の高さを測定して行なわれているので、高さ測定に時間が必要となり部品装着のサイクルタイムが長くなる不具合があった。また、電極の高さを測定する測定装置が別途必要になり、コストが高くなる問題があった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１に記載の発明の構成上の特徴は、形状認識される物体を測定基準面上に位置し、該物体を撮像するカメラを前記測定基準面に対向して配置し、前記物体と前記カメラとを前記測定基準面に沿って走行方向に相対的に移動し、前記カメラの光軸と所定角度をなすスリット光を発して前記物体を前記走行方向と交叉する方向に横切って照射するスリット光源を前記カメラに対して一定位置関係で設け、前記物体と前記カメラとの相対位置に連動して前記スリット光が前記物体上につくるスリット光反射像を前記カメラで撮像して各相対位置における画像を記憶し、各画像における前記スリット光反射像の位置と前記スリット光が前記測定基準面上につくるスリット光反射基準像との関係から前記物体の高さを算出して前記物体の高さ寸法を認識する３次元画像処理を行なうとともに、各画像における前記スリット光反射基準像の中央部分を撮像した画素列の撮像内容を合成して前記物体の２次元画像を作成し、該２次元画像の濃淡を識別して前記物体の２次元形状及びその位置を認識する２次元画像処理を行なうことである。
【０００６】
請求項２に係る発明の構成上の特徴は、形状認識される物体を測定基準面上に位置し、該物体を撮像するカメラを前記測定基準面に対向して配置し、前記物体と前記カメラとを前記測定基準面に沿って走行方向に相対的に移動し、前記カメラの光軸と所定角度をなすスリット光を発して前記物体を前記走行方向と交叉する方向に横切って照射するスリット光源と、幅のあるエリア光を発して前記物体を前記スリット光と重ならない位置で前記走行方向と交叉する方向に横切って照明するエリア光源とを前記カメラに対して一定位置関係で設け、前記物体と前記カメラとの相対位置に連動して前記スリット光及び前記エリア光が前記物体上につくるスリット光反射像及びエリア光照明部を前記カメラで撮像して各相対位置における画像を記憶し、各画像における前記スリット光反射像と前記スリット光が前記測定基準面上につくるスリット光反射基準像との関係から前記物体の高さを算出して前記物体の高さ寸法を認識する３次元画像処理を行ない、各画像における前記エリア光照明部の中央部分を撮像した画素列の撮像内容を合成して前記物体の２次元画像を作成し、該２次元画像を処理して前記物体の２次元形状を認識する２次元画像処理を行なうことである。
【０００７】
請求項３に係る発明の構成上の特徴は、形状認識される物体を測定基準面上に位置し、該物体を撮像するカメラを前記測定基準面に対向して配置し、前記物体と前記カメラとを前記測定基準面に沿って走行方向に相対的に移動し、前記カメラの光軸と所定角度をなすスリット光を発して前記物体を前記走行方向と交叉する方向に横切って照射するスリット光源と、前記スリット光と波長が異なる幅のあるエリア光を発して前記物体を前記スリット光と重ならない位置で前記走行方向と交叉する方向に横切って照明するエリア光源とを前記カメラに対して一定位置関係で設け、前記物体と前記カメラとの相対位置に連動して前記スリット光が前記物体上につくるスリット光反射像及び前記エリア光が前記物体上につくるエリア光照明部をスリット光反射像部分にはスリット光の周波数のみを通過するフィルタをかけて前記カメラで撮像して前記各相対位置における画像を記憶し、各画像における前記スリット光反射像と前記スリット光が前記測定基準面上につくるスリット光反射基準像との関係から前記物体の高さを算出して前記物体の高さ寸法を認識する３次元画像処理を行ない、各画像における前記エリア光照明部の中央部分を撮像した画素列の撮像内容を合成して前記物体の２次元画像を作成し、該２次元画像を処理して前記物体の２次元形状を認識する２次元画像処理を行なうことである。
【０００８】
請求項４に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至３のいずれかに記載の物体形状認識方法において、前記カメラの光軸を前記測定基準面に対して垂直にし、前記スリット光を前記走行方向と直角な方向に延在したことである。
【０００９】
請求項５に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至４のいずれかに記載の物体形状認識方法において、前記物体を、供給位置で吸着スピンドルの先端に吸着され、装着位置に移送されて基板に装着される装着部品とし、該装着部品の基準面が前記測定規準面に位置するように前記吸着スピンドルを装着部品の厚さに応じて進退し、前記供給位置と前記装着位置との間の撮像位置で前記吸着スピンドルと前記カメラとを前記測定基準面に沿って前記走行方向に相対的に移動し、前記吸着スピンドルと前記カメラとの相対位置に連動して前記カメラで前記装着部品を撮像することである。
【００１０】
請求項６に係る発明の構成上の特徴は、請求項１乃至５のいずれかに記載の物体形状認識方法において、前記３次元画像処理によって算出された前記物体の各箇所における高さをメモリの対応するエリアに書き込んでハイトマップを作成し、該ハイトマップより前記物体のＸ、Ｙ位置および高さを認識することである。
【００１１】
請求項７に係る発明の構成上の特徴は、物体支持装置とカメラ支持体とを測定基準面と平行に走行方向に相対的に移動可能に設け、形状認識される物体を前記測定基準面上に保持する装置を前記物体支持装置に設け、該物体を撮像するカメラを前記測定基準面に対向して前記カメラ支持体に固定し、前記カメラの光軸と所定角度をなすスリット光を発して前記物体を前記走行方向と交叉する方向に横切って照射するスリット光源を前記カメラに対して一定位置関係で前記カメラ支持体に固定し、前記物体と前記カメラとの相対位置に連動して前記スリット光が前記物体上につくるスリット光反射像を前記カメラで撮像して前記各相対位置における画像を記憶する画像取込み装置を設け、各画像における前記スリット光反射像と前記スリット光が前記測定基準面上につくるスリット光反射基準像との関係から前記物体の高さを算出して前記物体の高さ寸法を認識する３次元画像処理を行なうとともに、各画像における前記スリット光反射基準像の中央部分を撮像した画素列の撮像内容を合成して前記物体の２次元画像を作成し、該２次元画像の濃淡を識別して前記物体の２次元形状及びその位置を認識する２次元画像処理を行なう画像処理装置を設けたことである。
【００１２】
請求項８に係る発明の構成上の特徴は、物体支持装置とカメラ支持体とを測定基準面と平行に走行方向に相対的に移動可能に設け、形状認識される物体を前記測定基準面上に保持する装置を前記物体支持装置に設け、該物体を撮像するカメラを前記測定基準面に対向して前記カメラ支持体に固定し、前記カメラの光軸と所定角度をなすスリット光を発して前記物体を前記走行方向と交叉する方向に横切って照射するスリット光源と、幅のあるエリア光を発して前記物体を前記スリット光と重ならない位置で前記走行方向と交叉する方向に横切って照明するエリア光源とを前記カメラに対して一定位置関係で前記カメラ支持体に固定し、前記物体と前記カメラとの相対位置に連動して前記スリット光及び前記エリア光が前記物体上につくるスリット光反射像及びエリア光照明部を前記カメラで撮像して前記各相対位置の画像を記憶する画像取込み装置を設け、各画像における前記スリット光反射像と前記スリット光が前記測定基準面上につくるスリット光反射基準像との関係から前記物体の高さを算出して前記物体の高さ寸法を認識する３次元画像処理を行ない、各画像における前記エリア光照明部の中央部分を撮像した画素列の撮像内容を合成して前記物体の２次元画像を作成し、該２次元画像を処理して前記物体の２次元形状を認識する２次元画像処理を行なう画像処理装置を設けたことである。
【００１３】
請求項９に係る発明の構成上の特徴は、請求項７又は８のいずれかに記載の物体形状認識装置において、前記物体である装着部品を吸着して供給位置から装着位置に移送して基板上に装着する吸着スピンドルと、前記装着部品の基準面が前記測定規準面に位置するように前記吸着スピンドルを装着部品の厚さに応じて進退するスピンドル進退装置とで前記物体支持装置を構成し、該物体支持装置を前記供給位置と前記装着位置との間の撮像位置で前記カメラ支持体に対して前記測定基準面に沿って前記走行方向に相対的に移動させる装置を設けたことである。
【００１４】
【発明の作用・効果】
上記のように構成した請求項１に係る発明においては、形状認識される物体が位置される測定基準面に対向して物体を撮像するカメラを設け、物体を走行方向と交叉する方向に横切ってカメラの光軸と所定角度をもって照射するスリット光を発するスリット光源をカメラと一定位置関係で設ける。物体とカメラとを測定基準面に沿って走行方向に相対的に移動し、物体と前記カメラとの相対位置に連動してスリット光が物体上につくるスリット光反射像をカメラで撮像して前記各相対位置における画像を記憶する。各画像におけるスリット光反射像とスリット光が測定基準面につくるスリット光反射基準像との関係から物体の高さを算出して物体の高さ寸法を認識する３次元画像処理を行なう。各画像におけるスリット光反射基準像の中央部分を撮像した画素列の撮像内容を合成して物体の２次元画像を作成し、該２次元画像を処理して物体の２次元形状を認識する２次元画像処理を行なう。これにより、物体の２次元形状と３次元形状とを一つの装置で同時に認識することができ、コスト低減して物体の形状認識のサイクルタイムを短縮することができる。
【００１５】
上記のように構成した請求項２に係る発明においては、形状認識される物体が位置される測定基準面に対向して物体を撮像するカメラを設け、カメラの光軸と所定角度をなすスリット光を発して物体を走行方向と交叉する方向に横切って照射するスリット光源と、幅のあるエリア光を発して物体を前記スリット光と重ならない位置で走行方向と交叉する方向に横切って照明するエリア光源とをカメラに対して一定位置関係で設ける。物体とカメラとを測定基準面に沿って走行方向に相対的に移動し、物体とカメラとの相対位置に連動してスリット光及びエリア光が物体上につくるスリット光反射像及びエリア光照明部をカメラで撮像して各相対位置における画像を記憶する。各画像におけるスリット光反射像とスリット光が測定基準面上でつくるスリット光反射基準像との関係から物体の高さを算出して物体の高さ寸法を認識する３次元画像処理を行なう。各画像におけるエリア光照明部の中央部分を撮像した画素列の撮像内容を合成して物体の２次元画像を作成し、該２次元画像を処理して物体の２次元形状を認識する２次元画像処理を行なう。これにより、請求項１に記載の発明の効果に加え、物体を幅のあるエリア光で照明して物体の２次元形状を認識するようにしたので、物体上面が高さ方向でばらついていたり、傾斜していても、エリア光が物体上面から外れることがなく、物体の２次元形状を正確に認識することができる。
【００１６】
上記のように構成した請求項３に係る発明においては、形状認識される物体が位置される測定基準面に対向して物体を撮像するカメラを設け、カメラの光軸と所定角度をなすスリット光を発して物体を走行方向と交叉する方向に横切って照射するスリット光源と、スリット光と波長が異なる幅のあるエリア光を発して物体をスリット光と重ならない位置で走行方向と交叉する方向に横切って照明するエリア光源とをカメラに対して一定位置関係で設ける。物体とカメラとを測定基準面に沿って走行方向に相対的に移動し、物体とカメラとの相対位置に連動してスリット光が物体上につくるスリット光反射像及びエリア光が物体上につくるエリア光照明部をスリット光反射像部分にはスリット光の周波数のみを通過するフィルタをかけてカメラで撮像して各相対位置における画像を記憶する。各画像におけるスリット光反射像とスリット光が測定基準面上につくるスリット光反射基準像との関係から物体の高さを算出して物体の高さ寸法を認識する３次元画像処理を行なう。各画像におけるエリア光照明部の中央部分を撮像した画素列の撮像内容を合成して物体の２次元画像を作成し、該２次元画像を処理して物体の２次元形状を認識する２次元画像処理を行なう。これにより、請求項１及び２に記載の発明の効果に加え、スリット光とエリア光とが干渉することなく、物体の２次元及び３次元形状を正確に認識することができる。
【００１７】
上記のように構成した請求項４に係る発明においては、カメラの光軸を形状認識される物体が位置される測定基準面に対して垂直にし、スリット光を物体とカメラとが相対移動する走行方向と直角な方向に延在したので、物体の測定基準面からの高さを容易に算出することができる。
【００１８】
上記のように構成した請求項５に係る発明においては、請求項１乃至４のいずれかに記載の物体形状認識方法において、物体を、供給位置で吸着スピンドルの先端に吸着され、装着位置に移送されて基板に装着される装着部品とし、該装着部品の基準面が測定規準面に位置するように吸着スピンドルを装着部品の厚さに応じて進退し、供給位置と装着位置との間の撮像位置で吸着スピンドルとカメラとを測定基準面に沿って走行方向に相対的に移動し、吸着スピンドルとカメラとの相対位置に連動してカメラで装着部品を撮像するようにしたので、装着部品を供給位置から装着位置に移送する途中の一個所の撮像位置でカメラにより撮像するだけで、装着部品の２次元形状と３次元形状とを同時に認識し、装着部品の平面上での位置ズレを補正することができるとともに、コプラナリティを検査することができる。
【００１９】
上記のように構成した請求項６に係る発明においては、請求項１乃至５のいずれかに記載の物体形状認識方法において、３次元画像処理によって算出した物体の各箇所における高さをメモリの対応するエリアに書き込んでハイトマップを作成し、該ハイトマップより物体のＸ、Ｙ位置および高さを認識するので、簡単な構成で、物体のＸ、Ｙ位置とともに、高さ方向の凹凸を認識することができる。
【００２０】
上記のように構成した請求項７に係る発明においては、形状認識される物体が位置される測定基準面に対向して物体を撮像するカメラが設けられ、カメラの光軸と所定角度をなすスリット光を発して物体を走行方向と交叉する方向に横切って照射するスリット光源がカメラに対して一定位置関係で設けられている。物体とカメラとが測定基準面に沿って走行方向に相対的に移動され、物体とカメラとの相対位置に連動してスリット光が物体上につくるスリット光反射像がカメラで撮像されて各相対位置において画像が記憶される。画像におけるスリット光反射像とスリット光が測定基準面上につくるスリット光反射基準像との関係から物体の高さが算出され、物体の高さ寸法を認識する３次元画像処理が行なわれる。各画像におけるスリット光反射基準像の中央部分を撮像した画素列の撮像内容を合成して物体の２次元画像が作成され、該２次元画像を処理して物体の２次元形状を認識する２次元画像処理が行なわれる。これにより、物体の２次元形状と３次元形状とを同時に認識することができ、物体の形状認識のサイクルタイムを短縮することができる低コストの物体形状認識装置を提供することができる。
【００２１】
上記のように構成した請求項８に係る発明においては、形状認識される物体が位置される測定基準面に対向して物体を撮像するカメラが設けられ、カメラの光軸と所定角度をなすスリット光を発して物体を前記走行方向と交叉する方向に横切って照射するスリット光源と、幅のあるエリア光を発して物体をスリット光と重ならない位置で走行方向と交叉する方向に横切って照明するエリア光源とをカメラに対して一定位置関係で設けられている。物体とカメラとが測定基準面に沿って走行方向に相対的に移動され、物体とカメラとの相対位置に連動してスリット光及びエリア光が物体上につくるスリット光反射像及びエリア光照明部がカメラで撮像されて各相対位置における画像が記憶される。各画像におけるスリット光反射像とスリット光が測定基準面上につくるスリット光反射基準像との関係から物体の高さが算出され、物体の高さ寸法を認識する３次元画像処理が行なわれる。各画像におけるエリア光照明部の中央部分を撮像した画素列の撮像内容を合成して物体の２次元画像が作成され、該２次元画像を処理して物体の２次元形状を認識する２次元画像処理が行なわれる。これによって、請求項６に記載の発明の効果に加え、物体は幅のあるエリア光で照明されて物体の２次元形状が認識されるので、物体上面が高さ方向でばらついていたり、傾斜していても、エリア光が物体上面から外れることがなく、物体の２次元形状を正確に認識することができる。
【００２２】
上記のように構成した請求項９に係る発明においては、請求項７又は８のいずれかに記載の物体形状認識装置において、物体を、供給位置で吸着スピンドルの先端に吸着され、装着位置に移送されて基板に装着される装着部品とし、該装着部品の基準面が測定規準面に位置するように吸着スピンドルが装着部品の厚さに応じて進退され、供給位置と装着位置との間の撮像位置で吸着スピンドルとカメラとが測定基準面に沿って走行方向に相対的に移動され、吸着スピンドルとカメラとの相対位置に連動して装着部品がカメラで撮像されるので、装着部品が一個所の撮像位置で撮像されるだけで、装着部品の２次元形状と３次元形状とが同時に認識され、装着部品の平面上での位置ズレを補正でき、且つコプラナリティを検査することができる。
【００２３】
【実施の形態】
以下本発明に係る物体形状認識方法及び装置の第１の実施形態を図面に基づいて説明する。図１，２において、１はガントリタイプの装着装置で、装着部品Ｐを供給位置Ｓで吸着スピンドル２の先端に吸着し、装着位置Ｋまで移送して基板Ｂ上に装着する。ベッド３上にはスライド４が摺動可能に載置され、サーボモータ５によりボールネジ機構６を介してＹ軸方向に移動される。スライド４にはテーブル７が摺動可能に載置され、サーボモータ８によりボールネジ機構を介してＸ軸方向に移動される。テーブル７の先端には吸着スピンドル２が上下方向に摺動可能に装架され、サーボモータ９によりボールネジ機構を介してＺ軸方向に進退移動される。吸着スピンドル２にはディストリビュータ１０を介してバキューム装置が連結され、吸着スピンドル２の先端に装着部品Ｐを着脱可能に吸着する。吸着スピンドル２はサーボモータ１１により軸線回りに回転駆動され、吸着した装着部品Ｐの回転角度位置を補正する。供給位置Ｓと装着位置Ｋとの間に設けられた撮像位置Ｄには、吸着スピンドル２に吸着されて移送された装着部品Ｐの基準面Psが、吸着スピンドル２の上下方向の移動によって位置される測定基準面Ｆが設定されている。テーブル７、吸着スピンドル２、ディストリビュータ１０、サーボモータ９、ボールネジ機構等によって形状認識される物体である装着部品Ｐを支持する物体支持装置１３が構成されている。この物体支持装置１３には、サーボモータ９及びボールネジ機構等により構成されたスピンドル進退装置１４が、装着部品Ｐを測定基準面Ｆ上に保持する装置として設けられている。スピンドル進退装置１４は、装着部品Ｐの基準面Psが測定規準面Ｆに位置するように吸着スピンドル２を装着部品Ｐの厚さに応じて進退する。
【００２４】
カメラ１５は装着部品Ｐを撮像するCCD又はCMOS等のイメージセンサを備え、測定基準面Ｆに光軸１６を垂直にして対向し、カメラ支持体１７に固定されている。スリット光源１８はカメラ支持体１７に固定され、スリット光１９としてレーザライン光を発する。スリット光１９はカメラ１５の光軸１６に対して所定角度θをなし、Ｘ軸方向と直角なＹ軸方向に延在して装着部品Ｐを走行方向と交叉する方向に横切って照射する。これにより、吸着スピンドル２の先端に吸着された装着部品Ｐは、撮像位置Ｄにおいて下方からスリット光源１８によってスリット光１９を照射され、撮像位置Ｄでのスピンドル２の走行方向であるＸ軸方向の移動に関連してカメラ１５によって撮像される。物体支持装置１３を装架したテーブル７、サーボモータ９及びボールネジ機構等により、物体支持装置１３とカメラ支持体１７とを撮像位置Ｄで測定基準面Ｆに沿って走行方向に相対的に移動させる装置が構成されている。スリット光１９は、レーザライン光に限られるものではなく、LED光、ハロゲンランプ光等をスリットを通過させて作成たものでもよい。
【００２５】
図２，３に示すように、測定基準面Ｆに対して垂直なカメラ１５の光軸１６に対して所定角度θをもってスリット光１９が装着部品Ｐを照射するとき、スリット光１９は、測定基準面Ｆと一致する基準面Ps上にＹ軸方向に延在するスリット光反射基準像２０をつくり、基準面Psからdhの高さを有するリードL等の上面にスリット光反射基準像２０から距離dx＝dh×tanθだけＸ軸方向に離れたスリット光反射像２１をつくる。カメラ１５はスピンドル２のＸ軸方向の位置に連動してスリット光反射基準像２０及びスリット光反射像２１を撮像し、各相対位置における画像Ｇをコンピュータ２２に入力し、コンピュータ２２は各画像Ｇをメモリに記憶して画像処理する。コンピュータ２２は、サーボモータ５，８，９，１１等を数値制御して、吸着スピンドル２を所望経路に沿って移動させる数値制御装置２３からテーブル７のＸ軸方向の位置情報を受信し、スリット光１９が装着部品ＰのリードＬ等の各個所につくるスリット光反射像２１と、測定基準面Ｆと一致された装着部品Ｐの基準面Ps上につくるスリット光反射基準像２１とを吸着スピンドル２とカメラ１５との相対位置に連動してカメラ１５で撮像し、各相対位置における画像を記憶する画像取込み装置として機能する。
【００２６】
カメラ１５のＸ軸方向の１画素分の長さに相当する距離だけ吸着スピンドル２がＸ軸方向に移動した各位置で、カメラ１５はスリット光反射基準像２０及びスリット光反射像２１を撮像してＮ列、Ｍ行の画素からなる画像Ｇをつくるので、スピンドル２の各位置で撮像された画像Ｇの一つの画素列の撮像内容を合成することにより装着部品Ｐの全画像を得ることができる。スリット光反射像２１とスリット光反射基準像２０との距離dxを測定すると、光切断法により、dh＝dx／tanθから測定部品Ｐのスリット光反射基準像２０上に位置する各箇所の測定基準面Ｆからの高さdhを算出することができる。
【００２７】
図３に示すように、スリット光１９が測定基準面Ｆ上につくるスリット光反射基準像２０の中央部分を撮像する画像Ｇの特定画素列２４の位置が、スリット光反射基準像２０の画像ＧでのＸ軸方向位置となる。画像処理装置であるコンピュータ２２は、画像Ｇの画素行におけるスリット光反射像２１の中央部分の位置を求め、このスリット光反射像２１の中央部分の位置とスリット光反射基準像２０の中央部分を撮像する特定画素列２４との間の距離dxgを全ての画素行について求める。そして、画像寸法の実物寸法に対する倍率で各画素行おける距離dxgを除して距離dxを求め、dh＝dx／tanθから測定部品Ｐのスリット光反射基準像２０上に位置する各箇所の測定基準面Ｆからの高さdhを算出する。コンピュータ２２は、この高さdhの算出を全ての画像Ｇについて行い、これを撮像順序ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２，…に従って合成し、装着部品Ｐの各箇所における測定基準面Ｆからの高さdhをメモリの対応するエリアに書き込んでハイトマップ２５を作成し、装着部品Ｐの高さ寸法を認識する３次元画像処理を行なう。ハイトマップ２５において、高さdhの高さ情報は、測定レンジを例えば８ビットに分解した分解能に換算される。測定レンジをＡとすると、高さ情報分解能Ｒは、Ｒ＝Ａ／2⁸となり、ｉ枚目の画像Ｇにおける特定画素列２４のｊ番目の画素（ｉ，ｊ）に対応する装着部品Ｐの箇所の高さdhijに対してハイトマップの対応するメモリエリア（ｉ，ｊ）に書き込まれる数値Ｂは、Ｂ＝dhij／Ｒである。４方向リードＩＣを装着部品Ｐとして前述のように作成したハイトマップをグレースケール画像処理して作成したハイトマップグレースケール画像を図６に示す。
【００２８】
コンピュータ２２は、更にスリット光反射基準像２０の中央部分を撮像する画像Ｇの特定画素列２４の撮像内容を撮像順序ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２，…に従って合成して装着部品Ｐの２次元画像を作成し、この２次元画像の濃淡を識別して装着部品の２次元形状及びその位置を認識する２次元画像処理を行なう。なお、装着部品Ｐに基準面Psが無く、物体支持装置の基準面に吸着されて移送される場合は、撮像位置Ｄで物体支持装置の基準面が測定基準面Ｆに一致され、スリット光１９は物体支持装置の基準面上にスリット光反射基準像２０をつくる。
【００２９】
次に、上記第１の実施形態の作動について説明する。装着装置１は数値制御装置２３の指令に基づいて供給位置Ｓで指定されて装着部品Ｐを吸着スピンドル２の先端に吸着し、撮像位置Ｄに移送する。吸着スピンドル２は、装着部品Ｐの基準面Psが撮像位置Ｄの測定基準面Ｆと一致するように装着部品Ｐの厚さに応じてＺ軸方向に移動され、撮像位置Ｄの撮像開始位置に移動される。吸着スピンドル２は撮像開始位置からカメラ１５のＸ軸方向の１画素分の長さに相当する距離づつＸ軸方向に移動され、カメラ１５は吸着スピンドル２の移動位置に連動してスリット光反射基準像２０及びスリット光反射像２１の画像Ｇ撮像し、装着部品ＰのＸ軸方向の全長分の複数枚の画像Ｇをコンピュータ２２に転送する。
【００３０】
コンピュータ２２は、転送された装着部品ＰのＸ軸方向全長分の複数枚の画像Ｇを取り込み、装着部品Ｐの高さ寸法を認識する３次元画像処理を行なう。即ち、各画像Ｇについて、スリット光反射像２１とスリット光反射基準像２２との間の距離dxgを全ての画素行について求め、画像寸法の実物寸法に対する倍率で各画素行おける距離dxgを除して距離dxを求め、測定部品Ｐのスリット光反射基準像２０上に位置する各箇所の測定基準面Ｆからの高さdhを算出する。この高さdhの算出を全ての画像Ｇについて行い、撮像順序ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２，…に従って合成し、装着部品Ｐの全箇所における測定基準面Ｆからの高さdhをメモリの対応するエリアに書き込んでハイトマップ２５を作成する。
【００３１】
コンピュータ２２は、更に取り込んだ複数枚の画像Ｇから装着部品Ｐの２次元形状を認識する２次元画像処理を行なう。各画像Ｇにおけるスリット光反射基準像２０の中央部分を撮像する特定画素列２４の撮像内容を撮像順序ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２，…に従って合成して装着部品Ｐの２次元画像を作成し、この２次元画像を処理して装着部品の２次元形状及びその位置を認識する。
【００３２】
そして、ハイトマップ２５を参照して装着部品ＰのリードＬ等の端面のコプラナリティを検査し、コプラナリティが良い場合、２次元画像処理により求めた装着部品の２次元形状の位置情報に基づいて、吸着スピンドルのＸ，Ｙ軸方向位置及び及び回転角度位置を補正し、装着部品Ｐを装着位置Ｋに移送して基板Ｂ上に装着する。コプラナリティが不良の場合、吸着スピンドル２は装着部品Ｐを不良品回収位置Ｗに移送して廃却する。
【００３３】
次に、物体形状認識方法及び装置の第２の実施形態を図面に基づいて説明する。第１の実施形態では、光切断法に用いたスリット光を２次元画像の作成に利用することで光源を共有することができた。しかし、光切断法に用いるスリット光は、高さの差異によって光りの帯がずれることを意図した局所照明である。従って、装着部品Ｐの凹凸が大きい場合、２次元画像として合成される画像は、光が当たっていない箇所の画像が合成されることが多く、装着部品の正確な２次元形状を得ることができない場合がある。この問題を解消するために、第２の実施形態では、高さ情報を得るために装着部品Ｐにスリット光を照射し、クリアな２次元画像を取り出すためにエリア光で装着部品を照明している。
【００３４】
図４に示すように、第１の実施形態と同様に、撮像位置Ｄに測定基準面Ｆが設定され、カメラ１５がその光軸１６を測定基準面Ｆに垂直にして対向して設けられている。カメラ１５の光軸１６と所定角度θをなすスリット光１９を発して装着部品ＰをＸ軸方向と直角に交叉するＹ軸方向に横切って照射するスリット光源１８がカメラ１５に対して一定位置関係でカメラ支持体１７に固定されている。幅のあるエリア光２７を発して装着部品Ｐをスリット光１９と重ならない位置でＹ軸方向に横切って照明するエリア光源２６がカメラ１５に対して一定位置関係でカメラ支持体１７に固定されている。
【００３５】
図５に示すように、スリット光１９は、第１の実施形態と同様に、光切断法に用いられ、コンピュータ２２は、装着部品Ｐのスリット光反射基準像２０上に位置する各箇所の測定基準面Ｆからの高さdhの算出を全ての画像Ｇについて行い、これを撮像順序ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２，…に従って合成し、装着部品Ｐの各箇所における測定基準面Ｆからの高さdhをメモリの対応するエリアに書き込んでハイトマップ２５を作成する。
【００３６】
コンピュータ２２は、更に取り込んだ複数枚の画像Ｇから装着部品Ｐの２次元形状を認識する２次元画像処理を行なう。各画像Ｇにおけるエリア光２７で照明された装着部品Ｐのエリア光照明部２８の中央部分を撮像する特定画素列２９の撮像内容を撮像順序ｉ，ｉ＋１，ｉ＋２，…に従って合成して装着部品Ｐの２次元画像を作成し、この２次元画像を処理して装着部品の２次元形状及びその位置を認識する。
【００３７】
第２の実施形態において、スリット光１９とエリア光２７との干渉を防止するために、スリット光１９とエリア光２７とで波長を異ならせ、スリット光１９が装着部品Ｐ上につくるスリット光反射像２１をスリット光の周波数のみを通過させるフィルタを通してカメラ１５の画素に撮像するようにしてもよい。
【００３８】
上記実施形態では、カメラ１５の単一の特定画素列ｖの情報を合成して２次元画像を作成しているので、露光時間が不足してコントラストが不十分になる場合がある。この露光不足を解消するために、装着部品Ｐの同じ箇所が撮像されている例えば３枚の画像の情報、即ちｉ枚目に撮像した画像Ｇの特定画素列ｖ、ｉ＋１枚目の画像の画素列ｖ＋１、ｉ＋２枚目の画像の画素列ｖ＋２の情報を加算してｉ枚目の画像の特定画素列ｖの撮像内容としてもよい。
【００３９】
上記実施形態では、カメラの光軸１６を測定基準面Ｆに垂直にしているが、傾斜させてもよい。また、スリット光１９は装着部品Ｐの走行方向と直角に延在する必要はなく、装着部品Ｐを走行方向と直角以外の角度で交叉して横切るようにしてもよい。この場合、高さdhを算出する計算式をカメラの光軸の傾斜角度、スリット光が走行方向となす角度を公知の方法で勘案したものにする必要がある。
【００４０】
上記実施形態では、ガントリタイプの装着装置における装着部品Ｐの高さの測定に、本発明に係る物体形状認識方法を使用した場合について説明したが、ロータリタイプの装着装置に本発明に係る物体形状認識方法を使用し、撮像位置で停止している吸着スピンドルに対してカメラ及び光源を取り付けたカメラ支持体を走行方向に移動するようにしてもよい。また、装着部品Ｐの厚さに応じてカメラ支持体をＺ軸方向に移動してもよい。
【００４１】
さらに、印刷機、接着剤塗布機、SMT実装検査機等においても本発明に係る物体形状認識方法を利用することができる。印刷機に利用すると印刷精度と印刷体積の正確な計測を行なうことができ、接着剤塗布機に利用すると塗布精度及び塗布体積の正確な計測を行なうことができる。SMT実装検査機に利用すると、装着精度、ハンダフィレット形状等を２次元で視覚的に認識して検査し、体積や高さ等を３次元で認識して検査することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る物体形状認識装置を装備した装着装置の概略を示す図。
【図２】スリット光源と物体とカメラとの関係を示す図。
【図３】各画像からハイトマップと２次元画像を作成することを示す図。
【図４】第２の実施形態を示す図。
【図５】スリット光反射像とエリア光照明部を撮像した画像を示す図。
【図６】ハイマップグレースケール画像の一例を示す図。
【符号の説明】
１…装着装置、２…吸着スピンドル、１３…物体支持装置、１４…スピンドル進退装置、１５…カメラ、１６…光軸、１７…カメラ支持体、１８…スリット光源、１９…スリット光、２０…スリット光反射基準像、２１…スリット光反射像、２２…コンピュータ（画像処理装置）、２４，２９…特定画素列、２５…ハイトマップ、２６…エリア光源、２７…エリア光、２８…エリア光照明部、Ｐ…装着部品（物体）、Ｂ…基板、Ｓ…供給位置、Ｄ…撮像位置、Ｋ…装着位置、Ｆ…測定基準面。

Claims

形状認識される物体を測定基準面上に位置し、該物体を撮像するカメラを前記測定基準面に対向して配置し、前記物体と前記カメラとを前記測定基準面に沿って走行方向に相対的に移動し、前記カメラの光軸と所定角度をなすスリット光を発して前記物体を前記走行方向と交叉する方向に横切って照射するスリット光源を前記カメラに対して一定位置関係で設け、前記物体と前記カメラとの相対位置に連動して前記スリット光が前記物体上につくるスリット光反射像を前記カメラで撮像して各相対位置における画像を記憶し、各画像における前記スリット光反射像の位置と前記スリット光が前記測定基準面上につくるスリット光反射基準像との関係から前記物体の高さを算出して前記物体の高さ寸法を認識する３次元画像処理を行なうとともに、各画像における前記スリット光反射基準像の中央部分を撮像した画素列の撮像内容を合成して前記物体の２次元画像を作成し、該２次元画像の濃淡を識別して前記物体の２次元形状及びその位置を認識する２次元画像処理を行なうことを特徴とする物体形状認識方法。
形状認識される物体を測定基準面上に位置し、該物体を撮像するカメラを前記測定基準面に対向して配置し、前記物体と前記カメラとを前記測定基準面に沿って走行方向に相対的に移動し、前記カメラの光軸と所定角度をなすスリット光を発して前記物体を前記走行方向と交叉する方向に横切って照射するスリット光源と、幅のあるエリア光を発して前記物体を前記スリット光と重ならない位置で前記走行方向と交叉する方向に横切って照明するエリア光源とを前記カメラに対して一定位置関係で設け、前記物体と前記カメラとの相対位置に連動して前記スリット光及び前記エリア光が前記物体上につくるスリット光反射像及びエリア光照明部を前記カメラで撮像して各相対位置における画像を記憶し、各画像における前記スリット光反射像と前記スリット光が前記測定基準面上につくるスリット光反射基準像との関係から前記物体の高さを算出して前記物体の高さ寸法を認識する３次元画像処理を行ない、各画像における前記エリア光照明部の中央部分を撮像した画素列の撮像内容を合成して前記物体の２次元画像を作成し、該２次元画像を処理して前記物体の２次元形状を認識する２次元画像処理を行なうことを特徴とする物体形状認識方法。
形状認識される物体を測定基準面上に位置し、該物体を撮像するカメラを前記測定基準面に対向して配置し、前記物体と前記カメラとを前記測定基準面に沿って走行方向に相対的に移動し、前記カメラの光軸と所定角度をなすスリット光を発して前記物体を前記走行方向と交叉する方向に横切って照射するスリット光源と、前記スリット光と波長が異なる幅のあるエリア光を発して前記物体を前記スリット光と重ならない位置で前記走行方向と交叉する方向に横切って照明するエリア光源とを前記カメラに対して一定位置関係で設け、前記物体と前記カメラとの相対位置に連動して前記スリット光が前記物体上につくるスリット光反射像及び前記エリア光が前記物体上につくるエリア光照明部をスリット光反射像部分にはスリット光の周波数のみを通過するフィルタをかけて前記カメラで撮像して前記各相対位置における画像を記憶し、各画像における前記スリット光反射像と前記スリット光が前記測定基準面上につくるスリット光反射基準像との関係から前記物体の高さを算出して前記物体の高さ寸法を認識する３次元画像処理を行ない、各画像における前記エリア光照明部の中央部分を撮像した画素列の撮像内容を合成して前記物体の２次元画像を作成し、該２次元画像を処理して前記物体の２次元形状を認識する２次元画像処理を行なうことを特徴とする物体形状認識方法。
前記カメラの光軸を前記測定基準面に対して垂直にし、前記スリット光を前記走行方向と直角な方向に延在したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の物体形状認識方法。
前記物体を、供給位置で吸着スピンドルの先端に吸着され、装着位置に移送されて基板に装着される装着部品とし、該装着部品の基準面が前記測定規準面に位置するように前記吸着スピンドルを装着部品の厚さに応じて進退し、前記供給位置と前記装着位置との間の撮像位置で前記吸着スピンドルと前記カメラとを前記測定基準面に沿って前記走行方向に相対的に移動し、前記吸着スピンドルと前記カメラとの相対位置に連動して前記カメラで前記装着部品を撮像することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の物体形状認識方法。
前記３次元画像処理によって算出された前記物体の各箇所における高さをメモリの対応するエリアに書き込んでハイトマップを作成し、該ハイトマップより前記物体のＸ、Ｙ位置および高さを認識することを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載の物体形状認識方法。
物体支持装置とカメラ支持体とを測定基準面と平行に走行方向に相対的に移動可能に設け、形状認識される物体を前記測定基準面上に保持する装置を前記物体支持装置に設け、該物体を撮像するカメラを前記測定基準面に対向して前記カメラ支持体に固定し、前記カメラの光軸と所定角度をなすスリット光を発して前記物体を前記走行方向と交叉する方向に横切って照射するスリット光源を前記カメラに対して一定位置関係で前記カメラ支持体に固定し、前記物体と前記カメラとの相対位置に連動して前記スリット光が前記物体上につくるスリット光反射像を前記カメラで撮像して前記各相対位置における画像を記憶する画像取込み装置を設け、各画像における前記スリット光反射像と前記スリット光が前記測定基準面上につくるスリット光反射基準像との関係から前記物体の高さを算出して前記物体の高さ寸法を認識する３次元画像処理を行なうとともに、各画像における前記スリット光反射基準像の中央部分を撮像した画素列の撮像内容を合成して前記物体の２次元画像を作成し、該２次元画像の濃淡を識別して前記物体の２次元形状及びその位置を認識する２次元画像処理を行なう画像処理装置を設けたことを特徴とする物体形状認識装置。
物体支持装置とカメラ支持体とを測定基準面と平行に走行方向に相対的に移動可能に設け、形状認識される物体を前記測定基準面上に保持する装置を前記物体支持装置に設け、該物体を撮像するカメラを前記測定基準面に対向して前記カメラ支持体に固定し、前記カメラの光軸と所定角度をなすスリット光を発して前記物体を前記走行方向と交叉する方向に横切って照射するスリット光源と、幅のあるエリア光を発して前記物体を前記スリット光と重ならない位置で前記走行方向と交叉する方向に横切って照明するエリア光源とを前記カメラに対して一定位置関係で前記カメラ支持体に固定し、前記物体と前記カメラとの相対位置に連動して前記スリット光及び前記エリア光が前記物体上につくるスリット光反射像及びエリア光照明部を前記カメラで撮像して前記各相対位置の画像を記憶する画像取込み装置を設け、各画像における前記スリット光反射像と前記スリット光が前記測定基準面上につくるスリット光反射基準像との関係から前記物体の高さを算出して前記物体の高さ寸法を認識する３次元画像処理を行ない、各画像における前記エリア光照明部の中央部分を撮像した画素列の撮像内容を合成して前記物体の２次元画像を作成し、該２次元画像を処理して前記物体の２次元形状を認識する２次元画像処理を行なう画像処理装置を設けたことを特徴とする物体形状認識装置。
前記物体である装着部品を吸着して供給位置から装着位置に移送して基板上に装着する吸着スピンドルと、前記装着部品の基準面が前記測定規準面に位置するように前記吸着スピンドルを装着部品の厚さに応じて進退するスピンドル進退装置とで前記物体支持装置を構成し、該物体支持装置を前記供給位置と前記装着位置との間の撮像位置で前記カメラ支持体に対して前記測定基準面に沿って前記走行方向に相対的に移動させる装置を設けたことを特徴とする請求項７又は８のいずれかに記載の物体形状認識装置。