JP4380864B2

JP4380864B2 - 部品検出方法及び装置

Info

Publication number: JP4380864B2
Application number: JP35678199A
Authority: JP
Inventors: 豊小倉
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 1999-12-16
Filing date: 1999-12-16
Publication date: 2009-12-09
Anticipated expiration: 2019-12-16
Also published as: JP2001174221A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、部品検出方法及び装置、更に詳細には、部品実装機において電子部品を実装する前に電子部品の所定部の位置と傾きを検出する部品検出方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、実装機において電子部品を回路基板に搭載する際、実装直前に画像認識部において部品の画像データをＣＣＤカメラなどの撮像装置などで取得し画像処理を行って位置決めを行い、精度よく電子部品を実装していた。
【０００３】
例えば、図１に示すようなコネクタは部品外形サイズ、リードの本数、リード長さ、リードピッチ、リード幅情報などが部品データとして、予め登録されており、この情報を元に画像認識装置は部品の位置決めを行っていた。例えば、図１（Ａ）に示すようなコネクタ１はまず、実装機の吸着ノズルによりその中央部が吸着され、撮像装置部に移動し、部品のイメージが撮像され、その画像データが画像処理部に送られ、図１（Ｂ）に示すように、外周から順次画像データを走査し全ての辺においてリード１ａが存在するであろうと思われる位置を検出し、部品の外接接点１ｂを求め、これを縦横共に２等分し、各辺毎にリード検出領域としておおまかな設定を行なっている。そして、リード１ａの本数分の中心位置をエッジ検出をするなどとし、各々のリードの中心位置を検出し、各辺の中心を算出することにより部品１の中心位置を検出していた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の部品認識におけるリード検出領域設定方法では各辺のリードは、リード本数が登録されリードピッチ、リード長さ、リード幅が同一であり、リード以外には何も無いという前提にて部品の外接接線を求めていたために、図２に示すようなコネクタ２などのように定義されたリード２ａ以外の金具２ｂやフレーム２ｃなどが存在すると、部品の外接接線は、リード以外の金具なども含んで探索し外接接線から縦横２等分すると、検出したいリード群が含まれず、正常に検査領域を設定することができず正しく電極を認識することができない、という問題があった。
【０００５】
また、金具等のリード以外の物が存在しないものでも撮像時の傾きが大きいと同様に、リード群が含まれず正常に検査領域を設定することができず、正しく電極を認識することができない、という問題があった。また、リードピッチ、リード本数、リード幅、リード長などが異なるリードグループが存在する異型部品も正常に検査領域を設定することができず、正しく電極を認識することができない、という問題もあった。
【０００６】
したがって、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、電極以外の余計なものが存在する電子部品でも、また部品撮像時に電子部品の傾きが大きい場合でも高い信頼性をもって迅速に電子部品の所定部の位置と傾きを認識することができる部品検出方法及び装置を提供することをその課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、リード部を有する電子部品の撮像画像をデータ処理して該電子部品の所定部の位置と傾きを検出する部品検出方法及び装置であって、傾きが０°の状態のリード部のモデルテンプレートを、部品データから得られるリードピッチ・リード幅・リード本数・リード長さと１画素のピクセル値をパラメータとし、リードピッチを１周期、画像濃度を振幅とするＣＯＳ関数を用いて作成し、該モデルテンプレートを撮像画像とテンプレートマッチングして、電子部品の所定部が位置する領域を検出し、前記検出された領域内で前記電子部品の所定部の傾きを検出し、前記傾きが所定値以上である場合には、傾きを補正したリード部のモデルテンプレートを、部品データから得られるリードピッチ・リード幅・リード本数・リード長さと１画素のピクセル値をパラメータとし、リードピッチを１周期、画像濃度を振幅とするＣＯＳ関数を用いて作成し、該傾きを補正したモデルテンプレートを撮像画像とテンプレートマッチングして、前記電子部品の所定部が位置する領域を検出し、前記検出された領域内で部品データを用いて前記電子部品の所定部の位置と傾きを求めることを特徴としている。
【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３には、本発明の一実施形態に係わる部品位置検出装置が図示されている。同図において符号１１で示すものは電子部品で、この電子部品１１は部品供給部（不図示）から供給され、吸着ノズル１２により吸着される。部品の吸着姿勢を認識するために、電子部品１１は４面にそれぞれ多数の照明ランプ１３ａ、１３ｂ、１３ｃを備えた照明装置１３により照明され、撮影レンズ１４を備えた撮像カメラ（ＣＣＤカメラなど）１５で撮像され、画像入力が行なわれる。
【００１２】
撮像カメラ１５で撮像された電子部品の画像は、画像処理装置１７のＣＰＵ１８の制御の元にＡ／Ｄコンバータ１９を介してデジタル信号に変換され、画像メモリ２０に格納され、画像処理されて部品位置が認識され、部品中心と吸着中心のずれや部品の吸着傾きなどが演算される。また、画像処理装置１７には、テンプレートメモリ２１が設けられ、部品外形サイズ、リードの本数、リード長さ、リードピッチ、リード幅情報などの部品データに基づいて形成されたテンプレートが格納される。さらに、画像処理装置１７には、モニタ２２が接続されており、入力画像あるいは処理画像を表示できるようになっている。
【００１３】
このような構成において、部品位置を検出する流れを図４の流れに沿って説明する。
【００１４】
まず、ステップＳ１において実装すべき部品のデータが設定され、吸着ノズル１２は実装機の部品供給部（不図示）より電子部品１１を吸着し、撮像カメラ１５の設置された部品検出部に移動する。電子部品１１が撮像カメラ１５の位置に移動完了すると、画像処理装置１７は電子部品１１の映像を入力するために照明装置１３のランプ１３ａ、１３ｂ、１３ｃを点灯し、レンズ１４を介し、撮像カメラ１５で撮像が行なわれる（ステップＳ２）。この撮像された画像データはＡ／Ｄコンバータ１９を経由し、画像メモリ２０に格納される。
【００１５】
ここで認識する電子部品１１の部品諸元は予め登録されており（ステップＳ１）、画像処理装置１７は、認識実行する際にはすでに実装機メインシステム（不図示）よりこれらのデータを通知されている。例えば、図２に示すようなコネクタであれば、コネクタの各辺のリード本数（各々１２本）、リードピッチ（例として０．８ｍｍと仮定）、リード長さ（例として２．０ｍｍと仮定）、リード幅（例として、０．３ｍｍと仮定）などが既知である。そこで、ステップＳ３において、既に登録されている電子部品１１のリードに関するデータより、図５（Ｂ）で示すようなモデルリード（モデルテンプレート）３０をＣＰＵ１８で生成し、これをテンプレートメモリ２１に格納する。このモデルテンプレートの生成は以下のようにして行われる。
【００１６】
まず、部品検出を実施する際の画像の１画素のピクセル値、リードピッチ、リード幅、リード本数、リード長さが部品データからパラメータとして生成される。これらのパラメータを用いることにより傾きが０度の状態におけるリード部の１ラインの画素数と画像データは、以下の式にて表すことができる。また、傾きが存在するテンプレートの生成は以下の生成終了後にアフィン変換を行なうなどして生成することが可能となる。
【００１７】
リード部画像データ＝２５６−ＣＯＳ（２＊π／（Ｐ／Ｒａｔｅ）＊Ｐｏｓ＋１）＊１２８／（Ｗｉｄｔｈ／２＊Ｐ）…▲１▼
水平画素数＝（Ｐ／Ｒａｔｅ）＊（Ｎｕｍ−１）＋１…▲２▼
ここで、
Ｐ：リードピッチ
Ｒａｔｅ：ピクセル値（１ピクセルが占める１辺の長さ）
Ｐｏｓ：書き込み画素位置
Ｗｉｄｔｈ：リード幅
Ｎｕｍ：リード本数
である。
【００１８】
式▲１▼によるモデルリード生成は、ＣＯＳ関数を用いリードピッチを１周期とし、振幅を画像濃度として考え、リードピッチと１ピクセル値から１画素が占めるＣＯＳ関数の傾きを算出し、これらより、１リードピッチ間の各々の濃度を算出しこれを０から２５５の値に正規化する。また、ＣＯＳ関数をそのまま用いるとリード部と非リード部のデューティ比が１：１固定となるため、リード幅情報と２×リードピッチの比を係数としこれを掛けることによりリード幅情報を参照し、リード濃度データテーブルを作成する。例えばリードピッチ０．８ｍｍ、リード幅０．３ｍｍ、リード本数１２本、１画素の値が０．１ｍｍの場合、リードピッチ間に占める画素数は０．８／０．１＝８画素となる。よってＣＯＳ関数の１周期を８分割しその振幅を濃度として換算すると、１画素値が占める傾きは、２×π／（０．８／０．１）＝０．７８５３ｒａｄとして表すことができる。この角度よりＣＯＳ関数にて画像濃度０〜２５５に正規化するためにＣＯＳ関数演算後に＋１し、１２８を掛ける。また、リードピッチ／２に対するリード幅の比を掛ける事により１ピッチ間のデューティ比を可変させる。以上のような計算を行なうと、演算結果は、−８５．３、−３５．３、８５．３、２０６．１、２５６．０、２０６．１、８５．３、−３５．３、…という結果が得られる。この時、負の数を０として扱うことにより図５（Ａ）に示すように、リードデータを０〜２５５に正規化することができる。
【００１９】
一方、式▲２▼による画素数演算は、リードピッチ／１ピクセル値から１ピッチ分の画素数が得られ、これにリード数−１を掛ける事により全リード数分の画素数が求められる。
【００２０】
以上のように、リードのパラメータから１ライン分のリードデータを生成しリード長分のライン数をテンプレートメモリ２１に生成することにより、リード部のテンプレートデータが生成される。このとき、リード長分のライン数はリード長／１ピクセル値にて演算される。また、リードのテンプレートを生成する際、リード先端部にはリード外の部分（背景）を書き込むなどの処理も加えるなどし図５（Ｂ）に示されるようなリードのモデルテンプレート（モデルパターン）３０が生成される。
【００２１】
続いて、メモリ２０に格納されている電子部品１１の画像データと、ステップＳ３で作成されたテンプレートによるテンプレートマッチングを行う（ステップＳ４）。このテンプレートマッチングでは、図６（Ａ）に示すように、モデルテンプレート３０を用いて対象となる部品の画像データ３１に対し左上から順次走査し、正規化相関演算などの処理により最も類似度の高い位置を演算するなどの処理が行なわれる。
【００２２】
後述するように、テンプレートサイズの縦横比が小さく、実験的に求められたしきい値（例えば１：３）を超えていない場合には、このテンプレートで、確実にリード部３１ａが存在する位置を検出することができると判断されるので（ステップＳ５の否定）、ステップＳ４のテンプレートマッチングで、リード部３１ａが位置する領域３２をおおまかに検出し、リード部を認識できる状態になる（ステップＳ９）。尚、図６（Ａ）に示す例では、ステップＳ１０の判断で、２回のテンプレートマッチングを行なうことにより、もう一方のリード部３１ｂが位置する領域を検出することが可能となる。
【００２３】
すべてのリードグループが位置する領域の粗認識が終了すると、ＣＰＵ１８は、部品データからその登録されたリードの本数分の中心位置をエッジ検出するなどして中心位置を各々のリードに対し検出し、各辺の中心を算出することにより部品中心、部品の傾きを算出する（ステップＳ１１）。このようにして、リード以外の金具等が存在する部品でもリード部を検出することができ、部品の中心位置を確実に検出することが可能となる。
【００２４】
また、上述したアルゴリズムにより作成されたモデルテンプレートでは、リードの本数が多くなるとテンプレートの縦横比がおおきくなり、撮像された部品の傾きが大きい場合、図６（Ｂ）に図示したように、リード位置検出が若干ずれる場合が予想される。したがって、リード本数とリード長から決定されるテンプレートサイズの縦横比が、上記したしきい値を超える場合（ステップＳ５の肯定）、認識した領域内のリードデータを参照し、角度を付けた数パターンの投影データを取得し（ステップＳ６）、投影データよりおおまかな傾きを算出し（ステップＳ７）、再度この傾きに応じたモデルテンプレート３０’を生成する（ステップＳ８）。そして、図６（Ｃ）に示すように、再びテンプレートマッチングを行なうことにより撮像された部品の傾きが大きい場合でも、リードが存在する領域を高い信頼性にて検出することができる。
【００２５】
なお、ステップＳ７で行なわれるおおまかなリードの傾きは、検出した領域内にリードの長手方向にいくつかの異なった角度の線に沿って順次画像データを読み出し加算し、これらの加算された角度毎の投影データより角度を計算する（例えば、特公平２−４６７０８号公報参照）。
【００２６】
なお、上述した実施形態において、ステップＳ５の判断に代えて、あるいはそれに追加してステップＳ７の次に、算出された角度が所定のしきい値を超えているかを判断するステップを設け、算出された角度が所定のしきい値以下である場合は、ステップＳ９に移行し、そうでない場合はステップＳ８に移行するようにすることもできる。また、ステップＳ７で算出した角度が所定のしきい値より大きい第２のしきい値を超えるような場合には、警告を出して部品位置認識処理ないし部品搭載処理を中断するようにすることもできる。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、登録された部品のリードデータからリードのモデルテンプレート（モデルパターン）を生成しパターンマッチングを行なうことにより、リード以外の金具等がある部品でもリードが存在する領域を迅速且つ確実に検出することができる。また、部品の画像傾きが大きい場合でも、おおまかにリードが存在する領域を検出できるので、その領域でのリードの傾きを算出し傾きを補正したテンプレートを生成し、再度テンプレートマッチングを行なうことによりリードが存在する領域を迅速且つ確実に検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の電子部品の位置を検出する方法を示す説明図である。
【図２】リード以外にも金具などがある電子部品の平面図である。
【図３】本発明による部品位置検出装置の構成を示す構成図である。
【図４】部品位置検出の流れを示すフローチャート図である。
【図５】モデルテンプレートの生成を説明する説明図である。
【図６】モデルテンプレートを用いて部品の位置を検出する状態を示した説明図である。
【符号の説明】
１１電子部品
１２吸着ノズル
１５撮像カメラ
１７画像処理装置
２１テンプレートメモリ
３０モデルテンプレート

Claims

リード部を有する電子部品の撮像画像をデータ処理して該電子部品の所定部の位置と傾きを検出する部品検出方法であって、
傾きが０°の状態のリード部のモデルテンプレートを、部品データから得られるリードピッチ・リード幅・リード本数・リード長さと１画素のピクセル値をパラメータとし、リードピッチを１周期、画像濃度を振幅とするＣＯＳ関数を用いて作成し、
該モデルテンプレートを撮像画像とテンプレートマッチングして、電子部品の所定部が位置する領域を検出し、
前記検出された領域内で前記電子部品の所定部の傾きを検出し、
前記傾きが所定値以上である場合には、傾きを補正したリード部のモデルテンプレートを、部品データから得られるリードピッチ・リード幅・リード本数・リード長さと１画素のピクセル値をパラメータとし、リードピッチを１周期、画像濃度を振幅とするＣＯＳ関数を用いて作成し、
該傾きを補正したモデルテンプレートを撮像画像とテンプレートマッチングして、前記電子部品の所定部が位置する領域を検出し、
前記検出された領域内で部品データを用いて前記電子部品の所定部の位置と傾きを求める、
ことを特徴とする部品検出方法。
リード部を有する電子部品の撮像画像をデータ処理して該電子部品の所定部の位置と傾きを検出する部品検出装置であって、
傾きが０°の状態のリード部のモデルテンプレートを、部品データから得られるリードピッチ・リード幅・リード本数・リード長さと１画素のピクセル値をパラメータとし、リードピッチを１周期、画像濃度を振幅とするＣＯＳ関数を用いて作成する手段と、
該モデルテンプレートを撮像画像とテンプレートマッチングして、電子部品の所定部が位置する領域を検出する手段と、
前記検出された領域内で前記電子部品の所定部の傾きを検出する手段と、
前記傾きが所定値以上である場合には、傾きを補正したリード部のモデルテンプレートを、部品データから得られるリードピッチ・リード幅・リード本数・リード長さと１画素のピクセル値をパラメータとし、リードピッチを１周期、画像濃度を振幅とするＣＯＳ関数を用いて作成し、該傾きを補正したモデルテンプレートを撮像画像とテンプレートマッチングして、前記電子部品の所定部が位置する領域を検出する手段と、
前記検出された領域内で部品データを用いて前記電子部品の所定部の位置と傾きを算出する手段と、
を備えたことを特徴とする部品検出装置。