JPH0737104A

JPH0737104A - 画像処理方法および同装置

Info

Publication number: JPH0737104A
Application number: JP5182938A
Authority: JP
Inventors: Shinji Inagaki; 真次稲垣
Original assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Current assignee: Yamaha Motor Co Ltd
Priority date: 1993-07-23
Filing date: 1993-07-23
Publication date: 1995-02-07

Abstract

(57)【要約】【目的】円形のマークの画像からマークの中心位置を
求める場合に、マークの画像に欠けや歪み等があった場
合にも精度良くマーク中心位置を検出することができる
ようにする。【構成】円形のマークの画像の輪郭となる境界線上に
所定距離をおいた３点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）を設定し
て、これら３点を通る円の中心点である仮定中心点の位
置を演算し、この処理を、上記境界線上で３点を移動さ
せつつ繰返し行い、その多数個の仮定中心点について二
次元座標上の単位区分毎に頻度の分布を求めた後、仮定
中心点の頻度が最も高い位置を中心とした所定範囲内に
存在する仮定中心点からこれらの重心を演算し、この重
心を上記マークの中心位置とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、実装機においてプリン
ト基板に付されたマークにより基板の位置を検出する場
合等に行う画像処理の技術に関するものであり、とく
に、円形のマークの中心位置を求めるための方法および
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】マーク等を撮像した画像を処理して位置
検出等を行う画像処理技術は各種分野において知られ、
例えば、プリント基板にチップ部品（電子部品）を実装
する実装機において、プリント基板の位置検出のために
プリント基板に付されているマークを検出する場合等に
採用されている。

【０００３】すなわち、上記実装機においては、搬送手
段によりプリント基板を所定位置に搬送した後、吸着ノ
ズルを備えた移動可能なヘッドにより、部品供給部から
チップ部品を吸着し、これをプリント基板上の目的位置
へ装着するようになっているが、この装着作業を正確に
行うためには、搬送手段により搬送されたプリント基板
の位置を検出することが必要である。このため、通常、
上記プリント基板に円形のマークを予め付しておき、上
記ヘッド等に装備した基板検出用カメラでマークを撮像
し、その画像を処理してマークの中心位置を求めるよう
にしている。

【０００４】従来、このような場合の画像処理として
は、例えば、対象画像における境界画素を次々に追跡し
ていく境界追跡（特開平５−１１４０２７号公報参照）
等の手法で対象画像の外形を調べた上で、その重心を求
め、これをマークの中心位置の検出値としていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の手
法によると、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、マーク
の画像に欠けや歪み等があった場合に精度が低下し易い
という問題があった。すなわち、実際のマークＭは円形
であっても、マークの表面状態や照明の不均一等によ
り、図１０（ａ）中に実線で示すように入力された画像
Ｍｉには部分的に凹曲状等の欠けＬが発生したり、歪み
が生じたりする場合がある。あるいはまた、マークの一
部がカメラの視野に入っていなかった場合等に、図１０
（ｂ）中に実線で示すように画像Ｍｉが直線的に切れた
欠落部分Ｌ′を有する欠円形状となるような場合もあ
る。このように欠けＬ、欠落部分Ｌ′等が生じている場
合、従来の手法では、マーク中心位置の検出値とされる
重心Ｃｉが実際のマーク中心位置Ｃａからずれてしま
い、誤差を生じることとなる。

【０００６】本発明は、上記の事情に鑑み、マークの画
像に欠けや歪み等があった場合にも精度良くマーク中心
位置を検出することができる画像処理方法および同装置
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】上記目的を達成するため
に、本発明の画像処理方法は、円形のマークの画像から
マークの中心位置を求める画像処理方法であって、上記
マークの画像の輪郭となる境界線を追跡し、この境界線
上に所定距離をおいた３点を設定して、これら３点を通
る円の中心点である仮定中心点の位置を演算し、この仮
定中心点演算の処理を、上記境界線上で３点を移動させ
つつ繰返し行い、こうして得られる多数個の仮定中心点
の演算値から２次元空間上で仮定中心点の分布を求めた
後、２次元空間上で仮定中心点が最も密集する位置を検
出し、この位置を中心とした所定範囲内に存在する仮定
中心点からこれらの重心を演算し、この重心を上記マー
クの中心位置とするようにしたものである。

【０００８】また、上記方法を実施する画像処理装置
は、撮像手段により撮像された円形のマークの画像を読
み込んで、その画像の輪郭となる境界線を追跡する輪郭
追跡手段と、上記境界線上に所定距離をおいた３点を設
定して、これら３点を通る円の中心点である仮定中心点
の位置を演算し、この仮定中心点演算の処理を、上記境
界線上で３点を移動させつつ繰返し行う仮定中心演算手
段と、この仮定中心演算手段により演算された仮定中心
点を２次元座標上の単位区分毎にカウントするカウント
手段と、このカウント手段によるカウントに基づき２次
元座標上の単位区分毎に仮定中心位置の頻度を記憶して
上記頻度分布のマップを作成する頻度分布作成手段と、
この頻度分布のマップから頻度の最も高い区分を中心と
した所定の広さの重心位置演算用の範囲を設定し、この
範囲内の各単位区分の座標と上記頻度とに基づいて重心
を演算し、これをマークの中心位置とするマーク中心演
算手段とを備えたものである。

【０００９】

【作用】上記構成によると、上記仮定中心点が最も密集
する位置を中心とした所定範囲内に存在する仮定中心点
から重心を演算していることにより、マークの画像にお
ける欠けや歪みにより一部の仮定中心点が上記所定範囲
から外れている場合に、その所定範囲外の仮定中心点は
上記重心の演算要素に含まれず、その影響が除去される
こととなる。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図示の実施例は、実装機において、プリント基板に付さ
れたマークの検出に本発明を適用したものである。図１
および図２は実装機全体の構造を示している。これらの
図において、基台１上には、プリント基板搬送用のコン
ベア２が配置され、プリント基板３が上記コンベア２上
を搬送され、所定の装着作業用位置で停止されるように
なっている。

【００１１】上記コンベア２の側方には、部品供給部４
が配置されている。この部品供給部４は多数列のテープ
フィーダー４ａを備えており、各テープフィーダー４ａ
はそれぞれ、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片
状のチップ部品を所定間隔おきに収納、保持したテープ
がリールから導出されるようにするとともに、テープ繰
り出し端にはラチェット式の送り機構を具備し、後記ヘ
ッドユニット５によりチップ部品がピックアップされる
につれてテープが間欠的に繰り出されるようになってい
る。

【００１２】また、上記基台１の上方には、部品装着用
のヘッドユニット５が装備され、このヘッドユニット５
はＸ軸方向（コンベア２の方向）およびＹ軸方向（水平
面上でＸ軸と直交する方向）に移動することができるよ
うになっている。

【００１３】すなわち、上記基台１上には、Ｙ軸方向に
延びる一対の固定レール７と、Ｙ軸サーボモータ９によ
り回転駆動されるボールねじ軸８とが配設され、上記固
定レール７上にヘッドユニット支持部材１１が配置され
て、この支持部材１１に設けられたナット部分１２が上
記ボールねじ軸８に螺合している。また、上記支持部材
１１には、Ｘ軸方向に延びるガイド部材１３と、Ｘ軸サ
ーボモータ１５により駆動されるボールねじ軸１４とが
配設され、上記ガイド部材１３にヘッドユニット５が移
動可能に保持され、このヘッドユニット５に設けられた
ナット部分（図示せず）が上記ボールねじ軸１４に螺合
している。そして、Ｙ軸サーボモータ９の作動によりボ
ールねじ軸８が回転して上記支持部材１１がＹ軸方向に
移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作動により
ボールねじ軸１４が回転して、ヘッドユニット５が支持
部材１１に対してＸ軸方向に移動するようになってい
る。

【００１４】上記Ｙ軸サーボモータ９およびＸ軸サーボ
モータ１５にはそれぞれエンコーダからなる位置検出手
段１０，１６が設けられており、これによって上記ヘッ
ドユニット５の移動位置検出がなされるようになってい
る。

【００１５】上記ヘッドユニット５には、チップ部品を
吸着するための吸着ノズル２０が設けられている。この
吸着ノズル２０は、昇降（Ｚ軸方向の移動）および中心
軸（Ｒ軸）回りの回転が可能とされ、ヘッドユニット５
に装備されたＺ軸サーボモータ２１およびＲ軸サーボモ
ータ２２により作動されるようになっている。各サーボ
モータ２１，２２にはそれぞれ位置検出手段２３，２４
が設けられ、これらによって吸着ノズル２０の移動位置
検出がなされるようになっている。また、吸着ノズル２
０は図外の負圧供給手段にバルブ等を介して接続され、
実装作業時に、吸着ノズル２０に負圧が供給されること
によりチップ部品の吸着が行われるようになっている。

【００１６】さらにノズルユニット５には、基板認識用
カメラ（撮像手段）２５が装備されている。このカメラ
２５は、実装作業にあたってプリント基板３の位置ずれ
等を調べるため、図３に示すように予めプリント基板３
に付されている円形のマークＭを撮像するもので、ノズ
ルユニット５に下向きに取り付けられており、コンベア
２によって搬送されたプリント基板３が所定の作業位置
に保持された状態で、ノズルユニット５がプリント基板
３上の所定位置まで移動されてから、このカメラ２５に
よりマークＭの撮像が行われるようになっている。

【００１７】なお、基台１上の適宜箇所には部品認識用
カメラ２６が装備されている。この部品認識用カメラ２
６は、吸着ノズル２０による部品吸着状態が正常か否か
の判定や吸着位置のずれの検出等のため、上記吸着ノズ
ル２０に吸着されたチップ部品を撮像するもので、基台
１上に上向きに配置されている。

【００１８】図４は上記基板認識用カメラ２５による撮
像に基づいて画像処理を行う制御系統を示し、この図に
おいて、カメラ２５からの画像情報は、実装機に装備さ
れているマイクロコンピュータ等を用いた制御装置３０
に入力されている。この制御装置３０は、上記カメラ２
５からの画像情報をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器３１
と、Ａ／Ｄ変換された画像情報を記憶する画像メモリ３
２と、画像メモリ３２から読み出し情報をＤ／Ａ変換し
てモニタテレビ３３に出力するＤ／Ａ変換器３４とを含
む。さらに制御装置３０は、プログラム等を記憶するＲ
ＯＭ３５と、後記頻度マップ等を記憶するＲＡＭ３６
と、各種演算制御処理を行うＣＰＵ３７と、外部作動機
器に対する出力用のポート３８とを含んでいる。

【００１９】上記制御装置３０のＣＰＵ３７、ＲＯＭ３
５およびＲＡＭ３６は、図５に示すように、マークの輪
郭となる境界線を求めるための輪郭追跡手段４１と、上
記境界線上に設定した３点から仮定中心点を求める処理
を設定点をずらせつつ繰返し行う仮定中心位置手段４２
と、その多数の仮定中心点の２次元座標上における頻度
分布のマップを作成するためのカウント手段４３および
頻度分布作成手段４４と、この頻度分布のマップに基づ
いてマークの中心位置を求めるマーク中心演算手段４５
とを構成している。

【００２０】上記各手段としての機能による画像処理方
法を、図７乃至図９を参照しつつ、図６のフローチャー
トによって説明する。

【００２１】図６のフローチャートにおいては、先ず輪
郭追跡手段４１の機能を果す処理として、画像メモリ３
２からマークの画像が読み出され（ステップＳ１）、こ
の画像の輪郭追跡が行われる（ステップＳ２）。この輪
郭追跡は従来知られているような方法で行えば良く、例
えば先ず画像を走査して輪郭を形成している或る一つの
境界画素を調べ、ここから次々に続く境界画素を追跡し
ていくようにすれば良く、この輪郭追跡により、マーク
の輪郭となる境界線が求められる。

【００２２】次に、頻度分布のマップがクリアされてか
ら（ステップＳ３）、３点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）が設定
される（ステップＳ４）。この場合、図７に示すよう
に、マークの画像Ｍｉの輪郭となる境界線上に適当な距
離をおいて３点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）が設定される。そ
して、上記３点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）を通る円の中心点
である仮定中心点の位置が、次のように計算される（ス
テップＳ５）。

【００２３】すなわち、３点の座標をＰ１（x1，y1），
Ｐ２（x2，y2），Ｐ３（x3，y3）とし、

【００２４】

【数１】 a1＝(x2−x1)／(y2−y1) ， b1＝(y1＋y2)／2−a1・(x1＋x2)／2 a2＝(x3−x2)／(y3−y2) ， b2＝(y2＋y3)／2−a2・(x2＋x3)／2 とおくと、円の中心点の座標（xc，yc）は、

【００２５】

【数２】 xc＝(b2−b1)／(a1−a2) ， yc＝(a2・b1−a1・b2)／(a2−a1) と求められる。

【００２６】このように仮定中心点の位置が求められる
と、これが量子化された上で、図８および図９に示すよ
うな２次元座標上の単位区分毎に頻度がカウントされる
（ステップＳ６）。つまり、図８および図９に示す２次
元座標上の各単位区分は、仮定中心点の位置を量子化し
たときにとり得る各種の点の座標（xc，yc）に相当する
ものであり、この単位区分毎に頻度を記憶するためのマ
ップが予めＲＡＭ３６に設定されている。そして、ステ
ップＳ５で求められた仮定中心点の位置の量子化された
点に対応する区分が調べられ、その区分の頻度を示すカ
ウント値がカウントアップされる。

【００２７】続いて、上記の３点（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）
が、マークの画像の境界線上で一定量だけずらされた上
で、仮定中心点演算の処理を終了すべき状態に至ったか
否かの判定（ステップＳ８）がＮＯの間は、ステップＳ
５〜Ｓ７の処理が繰り返される。つまり、図７中に示す
ように３点が（Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３）→（Ｐ１′，Ｐ
２′，Ｐ３′）→（Ｐ１″，Ｐ２″，Ｐ３″）というよ
うに一定量ずつ順次ずらされつつ、それぞれの３点に基
づく仮定中心点の演算（ステップＳ５）および該当する
区分の頻度のカウント（ステップＳ６）が繰り返され
る。

【００２８】なお、画像Ｍｉが図１０（ｂ）のように境
界線が直線状となる欠落部分Ｌ′を有する場合におい
て、この直線状の境界線上に上記の３点が位置するとき
には、上記数１，数２の式で仮定中心点を求めることが
できないが、このときは頻度のカウントを行わないよう
にすればよい。また、上記の３点のずらし量は任意に設
定し得るところであり、必ずしも一定量ずつである必要
はない。

【００２９】このようにして上記の３点がマークの画像
Ｍｉの境界線上を一周して元の位置に戻る状態になるま
でこれらの処理が繰り返されると、ステップＳ８の判定
がＹＥＳとなる。

【００３０】上記のステップＳ４〜Ｓ８により仮定中心
演算手段４２およびカウント手段４３の機能が果される
とともに、これらの処理が終了すると２次元空間上に図
８に示すような頻度分布が得られ、上記ＲＡＭ３６内の
マップには図９に示すように各区分毎に頻度を示す値が
書き込まれ、頻度分布作成手段４４の機能が果される。
なお、図９中で頻度値を示す数値は、単なる例示であっ
て、本発明を限定するものではない。

【００３１】ステップＳ８までの処理が終了すると、次
に、上記の頻度分布から、２次元空間上で仮定中心点が
最も密集する位置が調べられ、つまり、上記頻度分布の
マップから、頻度の最も高い区分（図９中の符号ａの区
分）の位置の座標が選出される（ステップＳ９）。そし
て、この位置を中心とした所定の広さの重心位置演算用
の範囲が設定され（ステップＳ１０）、その範囲内に存
在する仮定中心点からこれらの重心が演算される（ステ
ップＳ１１）。これにより、マーク中心演算手段４５と
しての機能が果される。

【００３２】マーク中心演算手段４５としての処理を具
体的に説明する。上記頻度の最も高い位置をPc（Xc，Y
c）とすると、この位置と、予め定められているパラメ
ータｄとから、

【００３３】

【数３】Xc−ｄ≦X≦Xc＋ｄ， Yc−ｄ≦Y≦Yc＋ｄの範囲が設定される。例えば、図９において、頻度の最
も高い区分ａを中心にそのまわりの符号ｂの各区分を含
む範囲が設定される。

【００３４】上記範囲内の各点をPi（Xi，Yi）(ｉ＝
１，２，……，ｎ)とし、点Piでの頻度値をHiとする
と、上記範囲に含まれる仮定中心点の重心Pg（Xg，Yg）
は次式で求められる。

【００３５】

【数４】

【００３６】この所定範囲内の仮定中心点の重心Pg（X
g，Yg）が、上記マークＭの中心位置とされる。

【００３７】以上のような方法によると、マークの画像
の境界線上で３点が移動されつつその３点に基づいて求
められる多数の仮定中心点のうちで、最大頻度を中心と
した所定範囲（図９中の区分ａおよび区分ｂ）内のもの
から上記重心Pg（Xg，Yg）が演算され、上記所定範囲か
ら外れたものは重心演算要素から除かれる。従って、円
形のマークの画像Ｍｉに部分的に欠けが生じているよう
な場合に、その部分を含む３点から求められるような仮
定中心位置は、上記重心演算要素に含まれなくなる。

【００３８】このため、上記重心Pg（Xg，Yg）がマーク
中心位置の検出値とされることにより、上記欠けの影響
でマーク中心位置の検出値が実際の中心位置からずれる
ことが避けられる。

【００３９】なお、上記重心位置演算用の範囲を設定す
るためのパラメータｄは、予想される上記仮定中心点の
ばらつきを考慮して適度の値に設定しておけばよく、と
くに仮定中心点の大部分が一点に集中するような場合に
は、ｄを０とすることにより、仮定中心点の最大頻度の
位置をマークの中心位置としてもよい。

【００４０】

【発明の効果】請求項１記載の画像処理方法は、円形の
マークの画像の輪郭となる境界線上に所定距離をおいた
３点を設定して、これら３点を通る円の中心点である仮
定中心点の位置を演算する処理を、上記境界線上で３点
を一定量ずつ移動させつつ繰返し行い、その多数個の仮
定中心点の位置の２次元空間上での分布を求めた後、仮
定中心点が最も密集する位置を中心とした所定範囲内に
存在する仮定中心点からこれらの重心を演算し、この重
心を上記マークの中心位置とするようにしているため、
円形のマークの中心位置を精度良く検出することができ
る。とくに、照明の不均一等で入力された画像に欠けや
歪み等が生じていても、その影響を除去して、正確に中
心位置を求めることができる。

【００４１】また、請求項２に記載の画像処理装置は、
輪郭追跡手段と、仮定中心演算手段と、カウント手段
と、頻度分布作成手段と、マーク中心演算手段とを備え
ることにより、上記方法を自動的に行うことができるも
のである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の適用の一例として示す実装機の平面図
である。

【図２】同正面図である。

【図３】カメラを装備したヘッドユニットとマークを付
したプリント基板の一部を示す斜視図である。

【図４】制御装置の構成を示すブロック図である。

【図５】主要部の構成を示す機能ブロック図である。

【図６】画像処理の方法を示すフローチャートである。

【図７】マークの画像の輪郭となる境界線上に３点をと
って仮定中心点を演算する処理を説明するための図であ
る。

【図８】仮定中心点の頻度分布をグラフ化して表した説
明図である。

【図９】頻度分布のマップを示す図である。

【図１０】（ａ）（ｂ）は従来の方法の問題点を示す説
明図である。

【符号の説明】

３プリント基板Ｍマーク２５カメラ（撮像手段）３０制御装置４１輪郭追跡手段４２仮定中心演算手段４３カウント手段４４頻度分布作成手段４５マーク中心演算手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０６Ｔ 7/00 // Ｈ０５Ｋ 13/08 Ｂ 8315−4Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円形のマークの画像からマークの中心位
置を求める画像処理方法であって、上記マークの画像の
輪郭となる境界線を追跡し、この境界線上に所定距離を
おいた３点を設定して、これら３点を通る円の中心点で
ある仮定中心点の位置を演算し、この仮定中心点演算の
処理を、上記境界線上で３点を移動させつつ繰返し行
い、こうして得られる多数個の仮定中心点の演算値から
２次元空間上で仮定中心点の分布を求めた後、２次元空
間上で仮定中心点が最も密集する位置を検出し、この位
置を中心とした所定範囲内に存在する仮定中心点からこ
れらの重心を演算し、この重心を上記マークの中心位置
とすることを特徴とする画像処理方法。
【請求項２】撮像手段により撮像された円形のマーク
の画像を読み込んで、その画像の輪郭となる境界線を追
跡する輪郭追跡手段と、上記境界線上に所定距離をおい
た３点を設定して、これら３点を通る円の中心点である
仮定中心点の位置を演算し、この仮定中心点演算の処理
を、上記境界線上で３点を移動させつつ繰返し行う仮定
中心演算手段と、この仮定中心演算手段により演算され
た仮定中心点を２次元座標上の単位区分毎にカウントす
るカウント手段と、このカウント手段によるカウントに
基づき２次元座標上の単位区分毎に仮定中心位置の頻度
を記憶して上記頻度分布のマップを作成する頻度分布作
成手段と、この頻度分布のマップから頻度の最も高い区
分を中心とした所定の広さの重心位置演算用の範囲を設
定し、この範囲内の各単位区分の座標と上記頻度とに基
づいて重心を演算し、これをマークの中心位置とするマ
ーク中心演算手段とを備えたことを特徴とする画像処理
装置。