JP4331981B2 - 部品実装機のキャリブレーション方法及び装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品実装機のキャリブレーション方法及び装置、更に詳細には、部品を吸着するヘッド部の移動原点を製造時の原点にキャリブレーションする部品実装機のキャリブレーション方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
部品実装機では、ヘッド部をＸＹロボットにより部品供給部に移動させて部品を吸着し、その後ヘッド部を回路基板の所定位置に移動させて吸着された部品を回路基板に搭載している。部品の吸着位置、搭載位置は、部品データに部品実装機の原点を基準に座標値として記述されているので、ヘッド部の移動基準となる原点が、部品データの原点と相違すると、吸着位置、搭載位置が実際のものと異なり正確な部品搭載が保証されなくなる。そこで、部品データの原点となる部品実装機のベース上に原点マークを設け、所定時点ごとにキャリブレーションを行ってヘッド部の移動原点と部品データの原点が一致するようにして、部品搭載精度を高めている。
【０００３】
従来では、このようなキャリブレーションを行うために、ヘッド部に撮像装置を搭載して、実装機ベース上面の原点マークを認識し、その取得した位置をキャリブレーション原点（ヘッド部の移動原点）としていた。
【０００４】
また、ヘッド部に治具を装着し、ヘッド部を実装機に固定されている撮像部に移動して治具を撮像してその画像を処理してヘッド部のキャリブレーションを行う方法も知られている（特許文献１）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００１−２２３４９９（［００２９］から［００３１］段落）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ヘッド部に搭載された撮像装置により原点マークを認識して実装機のキャリブレーションを行う従来の方法では、原点マークは、製造時に記述された情報のみに基づいて認識されているために、原点マークに劣化が生じて変形したり、あるいは原点マークに異物が混入した時には、原点マークが正確に認識できず、正確なキャリブレーションを行うことができない、という問題があった。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、信頼性があり精度の高いキャリブレーションを行い、部品搭載精度を向上させることが可能な部品実装機のキャリブレーション方法及び装置を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、
部品を吸着するヘッド部の移動原点を部品実装機製造時の原点にキャリブレーションする部品実装機のキャリブレーション方法において、
部品実装機製造時に、キャリブレーション用原点マークを撮像しその画像を第１の画像として、その画像パラメータである画像の面積、半径、直径、半径の最大値と最小値の差、直径の最大値と最小値の差の少なくとも一つを求め、
キャリブレーション時に、前記原点マークを撮像しその画像を第２の画像として、第１の画像と同じ画像パラメータを求め、
キャリブレーション時に、第１の画像をテンプレートとして第２の画像とのテンプレートマッチングを行うか、あるいは第１と第２の画像の画像パラメータを比較し、
前記テンプレートマッチングの相関値が所定の相関値を超えるか、あるいは前記画像パラメータの差が予め設定された許容範囲内にあることから、キャリブレーション時に撮像した原点マークが製造時の原点マークであるかどうかを判定し、
原点マークであると判定されたときに、原点マークの位置をヘッド部の移動原点とする構成を採用している。
【０００９】
また、本発明では、
部品を吸着するヘッド部の移動原点を部品実装機製造時の原点にキャリブレーションする部品実装機のキャリブレーション装置において、
キャリブレーション用原点マークを撮像する撮像装置と、
部品実装機製造時に、キャリブレーション用原点マークを撮像しその画像を第１の画像として、その画像パラメータである画像の面積、半径、直径、半径の最大値と最小値の差、直径の最大値と最小値の差の少なくとも一つを求め、第１の画像とその画像パラメータを記憶する記憶手段と、
キャリブレーション時に、前記原点マークを撮像しその画像を第２の画像として、第１の画像と同じ画像パラメータを求め、第１の画像をテンプレートとして第２の画像とのテンプレートマッチングを行うか、あるいは第１と第２の画像の画像パラメータを比較する手段と、
前記テンプレートマッチングの相関値が所定の相関値を超えるか、あるいは前記画像パラメータの差が予め設定された許容範囲内にあることから、キャリブレーション時に撮像した原点マークが製造時の原点マークであるかどうかを判定する判定手段とを備え、
原点マークであると判定されたときに、原点マークの位置をヘッド部の移動原点とする構成も採用している。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図面に示す実施の形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
【００１１】
図１は、部品実装機１の概略正面図で、図２は、その制御系のブロック図である。図１において、部品実装機１には、吸着ノズル３を装着したヘッド部２が設けられており、このヘッド部２は、ＸＹ駆動ユニット４によりＸ軸及びＹ軸方向に移動される。ヘッド部２には、ＣＣＤカメラなどにより構成される撮像装置５が固定されており、この撮像装置５は、部品実装機１のベースフレーム上に設置されたキャリブレーションユニット６に取り付けられた原点マーク７を撮像する。また、部品実装機１のベースには、吸着ノズル３により吸着された部品９を撮像する部品認識カメラ８が取り付けられている。
【００１２】
ＸＹ駆動ユニット４は、図２に示されたように、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭなどで構成されるコントローラ１０と、その制御の元に駆動されるＸ軸モータ１１、Ｙ軸モータ１２により構成され、ヘッド部２は、Ｘ軸モータ１１、Ｙ軸モータ１２により駆動されてＸＹ方向に移動される。また、ヘッド部２に取り付けられた吸着ノズル３は、コントローラ１０の制御の元に駆動されるＺ軸モータ１３により上下方向に昇降され、またθ軸モータ１４により吸着軸を中心に回動される。
【００１３】
部品認識カメラ８で撮像された部品９の画像、並びに撮像装置５で撮像された原点マーク７の画像は、画像処理装置１７に入力される。この画像処理装置１７は、ＣＰＵ１７ａ、メモリ１７ｂ、Ａ／Ｄ変換器１７ｃなどで構成され、ＣＰＵ１７ａは、部品９の画像を処理して部品姿勢を認識するとともに、撮像された原点マーク７の画像を処理して原点マークの位置を認識する。
【００１４】
また、部品実装機１には、原点マークのデータや、部品データを入力するためのキーボード１５、マウス１６などの入力装置が設けられ、これらの入力されたデータは、ハードディスク、フラッシュメモリなどで構成される記憶装置１８に格納される。また、部品実装機には、モニタ１９が設けられ、この画面には、部品認識カメラ８で撮像された部品の画像並びに撮像装置５で撮像した原点マークの画像などが表示できるようになっている。
【００１５】
このような構成で、部品を回路基板（不図示）に搭載する場合、ヘッド部２は、ＸＹ駆動ユニット４により部品供給部に移動され、そこから供給される部品９を吸着ノズル３により吸着し、その後部品認識カメラ８上に移動して、そこで部品９が部品認識カメラ８により撮像される。部品９の画像が画像処理装置１７により処理されて部品の位置ずれ（吸着中心と部品中心のずれ並びに角度ずれ）が演算される。その後、ヘッド部２は、回路基板に移動し、その場合、上記位置ずれが補正されて部品９が回路基板の所定位置に搭載される。
【００１６】
部品の吸着位置並びに搭載位置は、部品実装機１上の原点マーク７を基準（原点）とした座標値として部品データに記述されているので、ヘッド部２の移動基準となる原点が、部品データの原点と相違すると、部品搭載精度が劣化するので、本発明では、電源ＯＮ時、基板生産開始ごと、あるいは指定部品搭載時など、所定期間ごとにあるいは所定の時点でキャリブレーションを行い、上記相違を補償するようにしている。以下に、そのキャリブレーション方法を説明する。
【００１７】
図３は、部品実装機の製造時の処理の流れを示すもので、ＸＹ駆動ユニット４によりヘッド部２が駆動され、それによりヘッド部２が、部品実装機のベースフレーム上の原点マーク７上に移動し（ステップＳ１）、撮像装置５により原点マーク７が撮像される（ステップＳ２）。撮像した原点マーク７の画像は、画像処理装置１７のＡ／Ｄ変換器１７ｃでデジタル信号に変換された後メモリ１７ｂに格納され、画像処理されて、原点マーク７の各データが算出される（ステップＳ３）。
【００１８】
原点マーク７は、図５（Ａ）に示したように、例えば直径が約１．５ｍｍの円形のマークであるので、各方向別の直径と、半径を求める。例えば、Ｙ軸に対して角度θｎで伸びる方向のそれぞれの半径Ｒ１（θｎ）と半径Ｒ２（θｎ）を求め、θｎを０度から３５９度まで１度単位で設定する（θｎ＝０、１、２、．．．．．３５９度）。なお、この角度設定は任意であり、１度ごとではなく、これより粗く例えば、２度ごとに角度θｎを設定することもできるし、あるいはそれより細かく、例えば０．５度ごとに角度θｎを設定することもできる。１度単位で設定した場合には、３６０種類の半径Ｒ１（θｎ）と半径Ｒ２（θｎ）を求めることができ、それぞれの角度での半径Ｒ１、Ｒ２並びにその直径Ｒ１＋Ｒ２、それに原点マークの面積を計算する。なお、面積は、各方向での直径の平均値を求め、その直径を有する円の面積として計算したものを用いる。
【００１９】
このように求めた半径、直径から、直径の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの差、並びに半径の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの差を求め、それぞれ差が所定のしきい値以下であるならば、製造時の原点マークの判定はＯＫであり、画像処理装置１７のメモリ１７ｂ、あるいは記憶装置１８に、原点マークの画像データ、それにステップＳ３で求めた各角度での半径Ｒ１（θｎ）、Ｒ２（θｎ）と直径Ｒ１（θｎ）＋Ｒ２（θｎ）、それに面積と前記両方の差の各画像パラメータのデータを保存する（ステップＳ４、Ｓ５）、一方、直径Ｒ１（θｎ）＋Ｒ２（θｎ）の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの差と、半径Ｒ１（θｎ）、Ｒ２（θｎ）の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの差のいずれかが所定のしきい値を超えている場合には、原点マークの製造不良として、異常表示を行い、原点マークとしての採用を中止する（ステップＳ４、Ｓ６）。
【００２０】
図４は、ＸＹ駆動ユニット４並びに、このＸＹ駆動ユニットにより駆動されるヘッド部２のキャリブレーションを行うときの流れである。キャリブレーションは、通常、部品実装機のシステム立ち上げ時に実施するが、生産基板毎、あるいは指定部品搭載時に実施することもできる。
【００２１】
キャリブレーション処理では、まず、ＸＹ駆動ユニット４によりヘッド部２を駆動して、ヘッド部２に取り付けられた撮像装置５を、キャリブレーションユニット６の原点マーク７上に移動し（ステップＳ１１）、撮像装置５により原点マーク７を撮像する（ステップＳ１２）。そして、撮像した原点マークの画像を、画像処理装置１７に入力してメモリ１７ｂに格納し、製造時に取得した原点マークの画像（以下、第１の画像）と、このキャリブレーション時に取得した原点マークの画像（以下、第２の画像）を比較する（ステップＳ１３）。
【００２２】
この比較は、第１の画像が、メモリ１７ｂに格納されているので、あるいは記憶装置１８から読み出されてメモリ１７ｂにロードされるので、この第１の画像をテンプレートとして用い、第２の画像とのテンプレートマッチングを実施し、その相関値を求めることにより行われる。更に、第１の画像に対して求められたように、第２の画像に対しても、画像パラメータ、すなわち各方向θｎでの半径Ｒ１（θｎ）と半径Ｒ２（θｎ）、直径Ｒ１（θｎ）＋Ｒ２（θｎ）、直径Ｒ１（θｎ）＋Ｒ２（θｎ）の平均値、半径Ｒ１（θｎ）、Ｒ２（θｎ）の平均値、直径の平均値から求められる円の面積、直径Ｒ１（θｎ）＋Ｒ２（θｎ）の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの差、半径Ｒ１（θｎ）、Ｒ２（θｎ）の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの差を算出し、これらの第２の画像の画像パラメータデータを、第１の画像の画像パラメータデータと比較する。
【００２３】
これらの比較より、第１と第２の画像のテンプレートマッチングによる相関値が所定の相関値を超えるか、あるいは第１と第２の画像の面積の差（第１の差）、第１の画像の直径Ｒ１（θｎ）＋Ｒ２（θｎ）の平均値と第２の画像の直径Ｒ１（θｎ）＋Ｒ２（θｎ）の平均値との差（第２の差）、第１の画像の直径Ｒ１（θｎ）＋Ｒ２（θｎ）の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの差と第２の画像の直径Ｒ１（θｎ）＋Ｒ２（θｎ）の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの差との差（第３の差）、第１の画像の半径Ｒ１（θｎ）、半径Ｒ２（θｎ）の平均値と第２の画像の半径Ｒ１（θｎ）、半径Ｒ２（θｎ）の平均値との差（第４の差）、それに第１の画像の半径Ｒ１（θｎ）、Ｒ２（θｎ）の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの差と第２の画像の半径Ｒ１（θｎ）、Ｒ２（θｎ）の最大値ＭＡＸと最小値ＭＩＮの差との差（第５の差）のいずれかの差が許容範囲にある場合には、ステップＳ１２で撮像したマークが原点マークであると判定し、このマークの中心を、ＸＹ駆動ユニット４ないしこのユニットにより駆動されるヘッド部２の移動原点として、ＸＹ駆動系の制御を行う（ステップＳ１４、Ｓ１５）。これにより、ヘッド部２は部品供給部に移動して部品を吸着し、部品の姿勢が補正されて部品が基板上に搭載される。
【００２４】
一方、上記相関値が所定の相関値を超えておらず、かつ第１から第５の差のいずれかの差も許容範囲にない場合には、ステップＳ１２で撮像したマークが原点マークでないと判定し、実装機は停止し、警報を出し操作者の判断を待つ（ステップＳ１４、Ｓ１６）。
【００２５】
例えば、図５（Ｂ）に示したように、原点マーク７の上に反射率の異なる比較的大きなごみ、あるいはちり７’が堆積している場合には、相関値は小さい値となって所定の相関値を超えることはなく、また、第１から第５の差のいずれの差も許容範囲でなくなる可能性が大きいので、原点マークとすることはできないが、図５（Ｃ）に示したように、比較的小さいごみ、ないしちり７”が原点マーク７上に堆積している場合には、第３の差と第５の差は許容範囲にはないが、その他の差は許容範囲内にありまた相関値も所定の相関値を超える可能性が高いので、原点マークと判定することができる。
【００２６】
なお、上述した実施形態では、第１と第２の画像の相関値が所定の相関値を超えるか、あるいは第１と第２の画像の第１から第５の差のいずれかの差が許容範囲内にあるかの条件が満たされたときに、キャリブレーション時撮影したマークは原点マークであると判定しているが、各条件のすべてが満たされたときに、原点マークと判定することができる。これにより、図５（Ｃ）のように、少しでも異物が原点マークに付着している場合に、それを原点マークとするのを排除でき、キャリブレーションをより厳密に行うことができる。また、このような厳密な条件ではなく、いずれか一つの条件が満たされるほかに、他の条件の一つあるいは複数が満たされた場合に、原点マークであると判定することもできる。
【００２７】
また、以上説明した実施形態では、原点マークは、円形であったが、その他の形状、例えば楕円、矩形であってもよい。採用する形状に応じて、データ取得及び判定する条件を変更するようにする。例えば、矩形である場合には、半径、直径に代えて、直交する２つの辺を用いるようにする。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、信頼性があり精度の高いキャリブレーションを行うことができるので、部品搭載精度を向上させることができ、また製造時の原点マークの良否を判定するようにしているので、キャリブレーション精度を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】部品実装機の概略構成を示す正面図である。
【図２】部品実装機の制御系の構成を示すブロック図である。
【図３】製造時の原点マークの画像取得の流れを示したフローチャートである。
【図４】キャリブレーション時の原点マークの判定を行う流れを示したフローチャートである。
【図５】原点マークの形状を示した説明図である。
【符号の説明】
２ ヘッド部
５ 撮像装置
６ キャリブレーションユニット
７ 原点マーク
１７ 画像処理装置

Claims (2)

1. 部品を吸着するヘッド部の移動原点を部品実装機製造時の原点にキャリブレーションする部品実装機のキャリブレーション方法において、
   部品実装機製造時に、キャリブレーション用原点マークを撮像しその画像を第１の画像として、その画像パラメータである画像の面積、半径、直径、半径の最大値と最小値の差、直径の最大値と最小値の差の少なくとも一つを求め、
   キャリブレーション時に、前記原点マークを撮像しその画像を第２の画像として、第１の画像と同じ画像パラメータを求め、
   キャリブレーション時に、第１の画像をテンプレートとして第２の画像とのテンプレートマッチングを行うか、あるいは第１と第２の画像の画像パラメータを比較し、
   前記テンプレートマッチングの相関値が所定の相関値を超えるか、あるいは前記画像パラメータの差が予め設定された許容範囲内にあることから、キャリブレーション時に撮像した原点マークが製造時の原点マークであるかどうかを判定し、
   原点マークであると判定されたときに、原点マークの位置をヘッド部の移動原点とすることを特徴とする部品実装機のキャリブレーション方法。
2. 部品を吸着するヘッド部の移動原点を部品実装機製造時の原点にキャリブレーションする部品実装機のキャリブレーション装置において、
   キャリブレーション用原点マークを撮像する撮像装置と、
   部品実装機製造時に、キャリブレーション用原点マークを撮像しその画像を第１の画像として、その画像パラメータである画像の面積、半径、直径、半径の最大値と最小値の差、直径の最大値と最小値の差の少なくとも一つを求め、第１の画像とその画像パラメータを記憶する記憶手段と、
   キャリブレーション時に、前記原点マークを撮像しその画像を第２の画像として、第１の画像と同じ画像パラメータを求め、第１の画像をテンプレートとして第２の画像とのテンプレートマッチングを行うか、あるいは第１と第２の画像の画像パラメータを比較する手段と、
   前記テンプレートマッチングの相関値が所定の相関値を超えるか、あるいは前記画像パラメータの差が予め設定された許容範囲内にあることから、キャリブレーション時に撮像した原点マークが製造時の原点マークであるかどうかを判定する判定手段とを備え、
   原点マークであると判定されたときに、原点マークの位置をヘッド部の移動原点とすることを特徴とする部品実装機のキャリブレーション装置。

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