JP4744304B2

JP4744304B2 - 部品位置の認識方法

Info

Publication number: JP4744304B2
Application number: JP2006005405A
Authority: JP
Inventors: 好晃安部
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 2006-01-12
Filing date: 2006-01-12
Publication date: 2011-08-10
Anticipated expiration: 2026-01-12
Also published as: JP2007189037A

Description

本発明は、電子部品の実装装置等における部品位置の認識方法に関する。

電子部品の実装装置においては、ＣＣＤカメラ等から取り込んだ部品あるいは基板上のマーク等の画像認識処理を介して、搭載する電子部品あるいは基板の位置決め等を行なっている。特許文献１において、複素数フィルタを用いて部品の位置決めを行なう手法が開示されている。複素数フィルタとは、ある画素の明るさ（濃度）がその近傍の画素の明るさに影響されているものとの仮定に立ち、近傍画素の影響の度合をガウス曲線で近似してその合計値の２次微分を取ることで明るさの変化の度合を得るようにしたフィルタである。

例えば、図１２において、画素Ａの明るさは周囲の画素Ｂ０〜Ｂ３及びＣ０〜Ｃ３の明るさに影響される。このとき、それぞれ等距離にある画素Ｂ０〜Ｂ３の影響度は、Ｂ０＝Ｂ１＝Ｂ２＝Ｂ３、又、同じく等距離にある画素Ｃ０〜Ｃ３の影響度は、Ｃ０＝Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３と考えられる。しかし、画素Ｂ０（＝Ｂ１＝Ｂ２＝Ｂ３）の影響度は、画素Ｃ０（＝Ｃ１＝Ｃ２＝Ｃ３）の影響度よりも大きいのは明白である。

このように、この近傍画素からある画素が受ける影響度が、画素と近傍画素の物理的な距離の関数で表現できることが分かる。複素数フィルタは、距離の二乗を統計量の分散に置き換えたものと考えることができ、この複素数フィルタを用いることにより、部品の所定部位の位置に基づき当該部品の位置の認識、あるいは位置決めを行なうことができる。

特許第２７８３５１３号

しかしながら、この複素数フィルタを用いた部品位置の認識方法は、例えば従来のリード及びボール認識では、部品の傾きが１０度程度までのものに認識対象が限定され、それ以上の傾きを持つ部品に対しては認識エラーが発生することが多くなるという問題があった。

本発明は、このような従来の問題を解消するためになされたものであって、特に、複素数フィルタを使用して電極部分を検出する手法を実行する場合に、部品が大きく傾いているような場合であっても、エラーを発生することなく正確に部品の位置や傾きを求めることのできる部品位置の認識方法を提供することをその課題としている。

本発明は、部品位置の認識方法において、部品の概ねの傾きを検出する工程と、複素数フィルタを適正にかけるために、該部品の傾きが基準軸に対してほぼ０度になるように、求められた傾きの分だけ画像を回転させる工程と、この状態で前記複素数フィルタをかけて部品の中心位置又は傾きを検出する工程と、該検出された前記部品の中心位置または傾きの検出結果を回転前の画像上の座標に換算して該回転前の画像上での中心位置又は傾きに戻すことで、当該回転前の画像上での本来の中心位置又は傾きを求めることにより、上記課題を解決したものである。

又、本発明は、部品位置の認識方法において、部品の傾きに応じて使用する複素数フィルタを予め複数用意する工程と、部品の概ねの傾きを検出する工程と、複素数フィルタを適正にかけるために、前記複数用意された複素数フィルタの中から、求められた該部品の傾きに合う複素数フィルタを使用して部品の中心位置又は傾きを求めることにより、同じく上記課題を解決したものである。

なお、部品の概ねの傾きを検出する際には、これと同時に概ねの位置をも検出し、この概ねの位置を前記回転の回転中心とすると良い。

本発明によれば、概ねの部品の傾きを先ず検出し、その分を回転させた上で複素数フィルタをかけるか、あるいは、その傾きに合わせた複素数フィルタを使用するようにしたため、複素数フィルタを常に実質的な傾きが０度近傍の状態でかけることができるようになり、エラーの無い正確な位置又は傾き（あるいはその双方）認識が可能となる。

以下図面に基づいて本発明の実施形態の一例を詳細に説明する。

図１は、本発明が適用される電子部品の実装装置の外観を模式的に示す斜視図である。この実装装置自体は、公知のものであるため、図１を用いて簡単に説明するに止める。

図１において、２は部品搭載ヘッド、４は吸着ノズル、６は基板マーク認識ユニットである。基板マーク認識ユニット６は、基板マークを撮像するカメラ８とマークを照らす照明（図示略）を有する。又、符号１２は基板、１４は電子部品、１６は基板搬送ガイドであり、１８は部品認識用ユニットである。部品認識用ユニット１８は、部品を撮像する撮像装置２２と部品を照らす照明（図１では図示略：図２の符号３４参照）を有する。

図２は、図１の部品認識用ユニット１８を含む実装装置の位置検出機構を示す構成図である。図２において、符号２４は画像処理装置、２６はＡ／Ｄコンバータである。又、符号２８は書換可能メモリで、２８Ａは画像記憶部、２８Ｂは電子部品形状データ記憶部をそれぞれ示している。又、符号３０はＣＰＵ、３２は部品位置検出プログラム、３４は照明装置、３６は部品吸着ノズル、４０はメイン制御装置、４２はメイン制御装置ＣＰＵ、４４は照明コントローラをそれぞれ示している。

前記画像処理装置２４は、実装装置のメイン制御装置４０より部品位置認識開始指令を受けて撮像装置２２で画像を入力し、Ａ／Ｄコンバータ２６を経て画像記憶部２８Ａに入力画像が記憶される。この画像を使用して部品位置検出プログラム３２が電子部品１４の中心位置及び傾きを求め、メイン制御装置４０に認識結果を返すようになっている。

この実施形態では、以上のような構成により、ＱＦＰ、ＳＯＰ等のリード部品、及びＢＧＡ、ＬＧＡ等のボール部品の位置を認識する。以下この認識方法について詳細に説明する。

まず、第１の実施形態について説明する。

この認識方法は、入力画像に対して、例えば「外接線認識」等に基づいた認識により、電子部品のおよその仮中心位置及び傾きを算出する。この外接線認識は、例えば本出願人に係る特願２００５−０７８３２０号に係る「部品位置検出方法及び装置」によって開示されているものである。

この特願２００５−０７８３２０号において開示されている「部品位置検出方法及び装置」における部品認識手法は、部品の輪郭エッジ点を検出するとともに、該輪郭エッジ点に対して直線を設定し、この設定された直線の傾きを変化させ（或いは直線の傾きは変化させずに画像を回転させ）、直線と輪郭エッジ間の距離が最短になる輪郭エッジ点が少なくとも２点以上において検出される直線の傾き（或いは画像の回転角度）を求め、この求めた傾き或いは回転角度から外接直線を求め、当該部品中心と部品の傾きを算出するようにしたものである。

この手法によれば、例えば図３に示されるように、距離が最短となる輪郭エッジ点が少なくとも２つ以上ある場合には、位置決めができるため、辺が直線状である部品はもちろん、非直線状の辺（ぎざぎざのある辺乃至凹凸のある辺）の場合でも、部品の４５、あるいは４６位置検出が可能となる。

なお、この外接線認識による手法では、図４に示されるように、部品４５のような形状を有する場合、傾きの角度が２種類算出されることがあるため、この場合は外接線±ｎ画素（ｎは任意の実数）以内にあるエッジ点の両端画素距離（図４の長さＬ１又はＬ２）を参照して距離の長いほう（Ｌ２）の外接線から算出される中心位置及び傾きを採用する（図４では（Ａ）を採用）。ここで算出される中心位置は、それほど正確なものは必要ないため、例えば小数点以下を丸めて整数としておき、後述する部品中心位置の計算を簡単にする。

また、部品のおよその位置あるいは傾きを検出する他の方法としては、例えば特公平７−６２８７０号公報において開示されている方法が採用できる。

この方法は、例えば図１３に示されるように、部品リードの微小矩形３２の各列毎に、該微小矩形３２と直交する方向に測定線、即ちサンプル直線Ｌｉを引くようにする。このとき、サンプル直線Ｌｉ上の画像の明るさは、微小矩形３２の配列に対応して波状になる。そこで、この波形から各微小矩形３２のサンプル直線Ｌｉ上の位置を求める。例えば、明るさ検出用の閾値を適当に定め、これにより明るい、又は暗い範囲の両端の画素の位置を微小矩形３２の境界として認識することができる。このようにしてサンプル直線Ｌｉ方向上の重心位置を求めることによって４つの列それぞれの重心座標Ｕ１、Ｕ２、Ｖ１、Ｖ２を求め、それぞれの交点（Ｕ，Ｖ）を全体の位置、２直線の２等分線方向Ｄを全体の方向（姿勢）として認識することができる。

このように、本発明においては、電子部品が概ねどの位置にあり、又概ねどの程度傾いているかを検出する手法については特に限定されない。この検出は複素数フィルタを適正にかけるための言わば前処理であるため、それほど正確な情報は必要とせず、従って、種々の方法が用いられて良い。

このようにして、部品の概ねの中心が求められると、これを仮中心位置０１として設定し、この仮中心位置０１を中心に求められた傾き分α１だけ（傾きが０となるように）回転させた画像を作成する（図５参照）。なお、回転させる方向はいずれの方向でもよい。

この回転では、アフィン変換の線形補間を使用する。最近似法、３次補間法などを使用してもよい。この回転画像に対して、前述した特許文献１において開示されている複素数フィルタによる認識を行い、リード先端座標を算出して回転画像上での中心位置０２及び傾きα２を算出する（図６の左側参照）。ここで求めた部品１４の中心位置０２、傾きα２は、ほぼ水平方向に置かれた部品に対し複素数フィルタによる認識を行ったものであるため、極めて正確である。

そこで、この（複素数フィルタによる認識によって求められた）中心位置０２、傾きα２を回転前画像での結果に戻すため、図６の右側に示されるように、画像回転時の仮中心位置０１を中心に複素数フィルタによって認識された部品中心位置０２を、外接線認識で求めた（先程回転した）傾き分α１だけ画像回転時とは逆方向に回転させて戻し、一方、電子部品１４の傾きα２も、同様に外接線認識で求めた傾き分α１だけ画像回転時とは逆方向に傾きを戻して（複素数フィルタによって認識された）電子部品中心位置０２及び傾きα２を原座標に換算・算出する。なお、このとき画面上の画像は実際には元に戻さなくてもよい。

なお、画像を回転するときの中心が画像を回転させても電子部品が画像からはみ出さないことが明らかであるならば、画面上のほぼ中央の任意の位置を仮中心位置０１’として回転させるようにしてもよい。これは、例えば電子部品の大きさが画像に対して極めて小さい場合には、吸着ずれなどがあっても電子部品は画像のほぼ中央付近にあるため、仮回転中心を画面上の中心に設定しても電子部品が回転によって画像からはみ出さないことが明らかであるためである。このように回転中心を画像中心に設定することができるのであれば、外接線認識では傾きのみを求めるだけでよく、中心位置までは求めなくてすむようになるため、処理をより高速化することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について説明する。

この実施形態は、外接線認識、或いはその他の方法で電子部品のおよその仮中心位置及び傾きを算出するところまでは先の実施形態と共通である。ここからの認識方法は、複素数フィルタによる認識フィルタを、「求められた角度に合わせた傾き」を持たせた上でフィルタをかける、即ち、フィルタ自体を角度に合ったものを使用するというものである。

例えば、通常は、電子部品５０の傾きが０度付近であるならば、図７に示されるように、０度方向にフィルタをかけていく。

しかしながら、例えば前述した前処理によって電子部品５１がほぼ４５度傾いていたと検出されたときには、図８に示されるように、４５度方向に複素数フィルタをかけるようにする。

このとき、０度に合わせた複素数フィルタで単純に４５度方向にフィルタをかけようとすると、図９に示されるように同じ１画素距離でもＬ５よりもＬ６のほうが距離が長いため、０度方向のフィルタをそのまま使用したのでは、正常にリードエッジを検出できないことがある。よって、傾きにあわせた複素数フィルタを用意する。

例えば、リード幅が１ミリメートルのリード電子部品５２で、それを０度姿勢で撮像したときに図１０のようにリード幅が１０画素幅前後であるとした場合、複素数フィルタを使用したリード検出では１０画素の両端エッジを強調するようなフィルタをかける。これに対し、同じ部品５２が４５度傾いた状態で撮像されたときには、図１１に示されるように、リード幅は約７画素幅となり、これに０度姿勢時のフィルタをかけると強調すべきエッジの位置が違うため、正常にエッジを検出できない。そのため、４５度姿勢に合わせた７画素の両端を強調するような複素数フィルタを用意してフィルタ処理を行うようにする。

このように、複素数フィルタを何種類か用意し、電子部品の傾きが設定された所定の範囲に収まっている（存在する）場合にその範囲に合わせた複素数フィルタを使用してリードエッジを取得し、電子部品の中心位置及び傾きを求めるようにする。

用意する複素数フィルタの種類は多いほど好ましいが、例えば４５度の半分の２２．５度未満であるならば０度に合わせた複素数フィルタを使用し、それ以上であるならば４５度に合わせた複素数フィルタを使用するようにしただけでも、相応の効果が得られる。

このように、本発明によれば部品の傾きが大きくても部品の中心位置及び傾きを正確に算出することが可能となる。

電子部品の実装装置において、部品の位置や傾きを正確に認識する際に利用できる。この場合、電極がリード形状でなくても、例えばボール部品またはランド部品であっても適用可能である。

本発明が適用される電子部品の実装装置の外観を模式的に示す斜視図上記実装装置の電子部品の位置検出機構を示す構成図外接線算出によって電子部品の位置を検出している様子を示す平面図外接線算出によって部品角度が２種類算出された様子を示す平面図仮中心位置を中心に外接線算出によって算出された角度だけ部品を回転させた様子を示す平面図回転させた画像を元に戻した様子を示す平面図傾いていない部品を認識するときに複素数フィルタをかける方向を示す平面図４５度傾いている部品に対して複素数フィルタをかけるときの方向を示す平面図０度に合わせたときの複素数フィルタと４５度に合わせたときの複素数フィルタとの関係を示す線図リード幅が１０画素幅前後である部品を０度姿勢で撮像したときの複素数フィルタのかけかたを説明するための線図同部品を４５度の方向で複素数フィルタをかける様子を示す線図従来の複素数フィルタの原理を説明するための説明図部品のおよその位置及び傾きを求めるための一例を示す平面図

Claims

部品位置の認識方法において、
部品の概ねの傾きを検出する工程と、
複素数フィルタを適正にかけるために、該部品の傾きが基準軸に対してほぼ０度になるように、求められた傾きの分だけ画像を回転させる工程と、
この状態で前記複素数フィルタをかけて部品の中心位置又は傾きを検出する工程と、
該検出された前記部品の中心位置または傾きの検出結果を回転前の画像上の座標に換算して該回転前の画像上での中心位置又は傾きに戻すことで、当該回転前の画像上での本来の中心位置又は傾きを求める工程と、を含む
ことを特徴とする部品位置の認識方法。
請求項１において、
前記部品の概ねの傾きを検出する工程が、当該部品の概ねの中心位置を検出する工程を含み、前記画像を回転させる工程が、この求められた中心位置を中心として画像を回転させる
ことを特徴とする部品位置の認識方法。
部品位置の認識方法において、
部品の傾きに応じて使用する複素数フィルタを予め複数用意する工程と、
部品の概ねの傾きを検出する工程と、
複素数フィルタを適正にかけるために、前記複数用意された複素数フィルタの中から、求められた該部品の傾きに合う複素数フィルタを使用して部品の中心位置又は傾きを求める工程と、を含む
ことを特徴とする部品位置の認識方法。