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技術 部品位置検出方法及び装置

出願人 JUKI株式会社
発明者 小倉豊
出願日 1999年12月16日 (20年3ヶ月経過) 出願番号 1999-356781
公開日 2001年6月29日 (18年8ヶ月経過) 公開番号 2001-174221
状態 特許登録済
技術分野 光学的手段による測長装置 電気部品の供給・取り付け 電気部品の組立体の配線および製造の監視
主要キーワード 非リード 異型部品 リード検出 実装直前 テンプレートメモリ モデルパターン 画像傾き 吸着中心
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2001年6月29日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (7)

課題

電極以外のものが存在する異型部品でも、高い信頼性をもって部品位置を認識することができる部品位置認識方法及び装置を提供する。

解決手段

部品データから部品リード部のモデルテンプレート30を生成し、このモデルテンプレートと撮像画像とのテンプレートマッチングにより部品のリード部が位置する領域32を検出し、その領域での部品の所定部の傾きを求める。その傾きが所定値以上である場合には、傾きを補正したテンプレート30’を作成し、該補正されたテンプレートと撮像画像とのテンプレートマッチングを行ってリード部が位置する領域を検出する。このような構成では、リード以外の金具等がある部品でも、また部品の画像傾きが大きい場合でも、リードが存在する領域を検出し、リードの位置を算出することができる。

概要

背景

従来、実装機において電子部品回路基板に搭載する際、実装直前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。

例えば、図1に示すようなコネクタ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。

概要

電極以外のものが存在する異型部品でも、高い信頼性をもって部品位置を認識することができる部品位置認識方法及び装置を提供する。

部品データから部品のリード部のモデルテンプレート30を生成し、このモデルテンプレートと撮像画像とのテンプレートマッチングにより部品のリード部が位置する領域32を検出し、その領域での部品の所定部の傾きを求める。その傾きが所定値以上である場合には、傾きを補正したテンプレート30’を作成し、該補正されたテンプレートと撮像画像とのテンプレートマッチングを行ってリード部が位置する領域を検出する。このような構成では、リード以外の金具等がある部品でも、また部品の画像傾きが大きい場合でも、リードが存在する領域を検出し、リードの位置を算出することができる。

目的

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異型部品でも、また部品撮像時に部品の傾きが大きい場合でも高い信頼性をもって部品位置を認識することができる部品位置検出方法及び装置を提供することをその課題とする。

効果

実績

技術文献被引用数
1件
牽制数
2件

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請求項1

部品撮像画像データ処理して部品位置を検出する部品位置検出方法において、部品データから部品の所定部のモデルテンプレートを生成し、前記生成されたモデルテンプレートと撮像画像とのテンプレートマッチングにより部品の所定部が位置する領域を検出し、前記領域での部品の所定部の傾きを求めることを特徴とする部品位置検出方法。

請求項2

前記傾きが所定値以上である場合には、傾きを補正したテンプレートを作成し、該補正されたテンプレートと撮像画像とのテンプレートマッチングを行って部品の所定部が位置する領域を検出することを特徴とする請求項1に記載の部品位置検出方法。

請求項3

前記検出された領域で部品データをもとに部品の所定部の位置を求めることを特徴とする請求項1又は2に記載の部品位置検出方法。

請求項4

部品の撮像画像をデータ処理して部品位置を検出する部品位置検出装置において、部品データから部品の所定部のモデルテンプレートを生成する手段と、前記生成されたモデルテンプレートと撮像画像とのテンプレートマッチングにより部品の所定部が位置する領域を検出する手段と、前記領域での部品の所定部の傾きを算出する手段と、を備えたことを特徴とする部品位置検出装置。

請求項5

前記傾きが所定値以上である場合には、傾きを補正したテンプレートを作成し、該補正されたテンプレートと撮像画像とのテンプレートマッチングを行って部品の所定部が位置する領域を検出することを特徴とする請求項4に記載の部品位置検出装置。

請求項6

前記検出された領域で部品データをもとに部品の所定部の位置を算出する手段を有することを特徴とする請求項4又は5に記載の部品位置検出装置。

技術分野

0001

本発明は、部品位置検出方法及び装置、更に詳細には、部品実装機において部品実装する前に部品の位置を検出する部品位置検出方法及び装置に関する。

背景技術

0002

従来、実装機において電子部品回路基板に搭載する際、実装直前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。

発明が解決しようとする課題

0004

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異型部品でも、また部品撮像時に部品の傾きが大きい場合でも高い信頼性をもって部品位置を認識することができる部品位置検出方法及び装置を提供することをその課題とする。

課題を解決するための手段

0007

本発明は、部品の撮像画像データ処理して部品位置を検出する部品位置検出方法及び装置において、部品データから部品の所定部のモデルテンプレートを生成すること、前記生成されたモデルテンプレートと撮像画像とのテンプレートマッチングにより部品の所定部が位置する領域を検出すること、前記領域での部品の所定部の傾きを求めることを特徴としている。

0008

また、前記傾きが所定値以上である場合には、傾きを補正したテンプレートを作成し、該補正されたテンプレートと撮像画像とのテンプレートマッチングを行って部品の所定部が位置する領域を検出することも特徴としている。

0009

このような構成では、部品の所定部、例えばリード電極以外に余計なものが存在する異型部品でもまた、部品撮像時に部品の傾きが大きい場合でも高い信頼性をもって部品の位置を検出することが可能になる。

発明を実施するための最良の形態

0010

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)…
水平画素数=(P/Rate)*(Num−1)+1…
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中断するようにすることもできる。

発明の効果

0027

以上説明したように、本発明によれば、登録された部品の所定部、例えば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確実に検出することが可能になる。

図面の簡単な説明

0028

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。

--

0029

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

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