JPH0658741A

JPH0658741A - 部品の傾き検出方法

Info

Publication number: JPH0658741A
Application number: JP4208732A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Hatano; 弘秦野
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 1992-08-05
Filing date: 1992-08-05
Publication date: 1994-03-04

Abstract

(57)【要約】【目的】部品のシルエットの状態如何にかかわらず部
品の傾きを正しく検出する方法を提供する。【構成】回路基板に設置される部品を含む像を撮像し
て得られる濃淡画像から輪郭を抽出し、輪郭を構成する
複数の画素の各々について当該画素から所定画素数離れ
た２つの画素を結ぶ直線を生成し、全画素について得ら
れた直線と所定の基準線とのなす角度の度数分布を生成
して平滑化処理を施し、平滑化された度数分布において
ピーク度数の所定の割合以上の度数となる角度から部品
の傾き角度を得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、回路基板上に実装され
る部品の状態、特に傾きを検出する方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】回路基板上に部品を搬送して実装する表
面実装機においては、基板上の予め定められた位置に部
品を正しい状態で設置するために、吸着ノズルに部品を
吸着した時、部品が正しい姿勢をとっていることをチェ
ックすることが必要である。このため、部品の像を適宜
の撮像手段で撮像して２値画像を得、得られた２値画像
に画像処理を施して部品の位置ずれや傾きを検出し、位
置ずれや傾きがあれば、正しい姿勢となるように補正し
ている。

【０００３】従来、上記のような部品の傾きを検出する
方法としては、物体の像の主軸（像の長手方向）の角度
を検出する方法が知られている。これは、図１０に示す
ように、２値化された物体（部品）の像の所定の基準線
からの傾き（回転角度）θを求める方法である。すなわ
ち、２値画像を２次元座標（ｉ，ｊ）で表し、２値化さ
れた部品の形状を表す関数をｆ（ｉ，ｊ）、部品ｆ
（ｉ，ｊ）の重心座標を（ｉ_G ，ｊ_G ）、（ｐ＋ｑ）次
の重心まわりのセントラル・モーメントをＭ_pqとする
と、であるから、傾き角度θは

【０００４】

【数１】

【０００５】で求められる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年、
表面実装部品（チップ部品）の小型化が進んでおり、チ
ップ部品を回路基板に設置するために、表面実装機の吸
着ノズルでチップ部品を吸着する際、図１１（ａ）に示
すように、常にチップ部品１３が吸着ノズル１４に正常
に吸着されると限らず、同図（ｂ）のように部品１３か
ら吸着ノズル１４がはみ出す場合が起こり得る。

【０００７】また、チップ部品は、表面実装機において
搬送テープで搬送されるときテープと共に振動するの
で、吸着ノズル１４がチップ部品からどの方向にはみ出
すか特定できない。

【０００８】図１２は、表面実装機の吸着ノズルに吸着
されたチップ部品の２値画像（シルエット）を示す。同
図（ａ）では、部品が正常に吸着されているが、同図
（ｂ）では、ノズル画像１４’が部品画像１３’からは
み出している。このとき、従来の方法によると、チップ
部品の主軸１５の位置は、ノズル画像１４’のはみ出し
た側にずれて算出される可能性がある。更に、ノズルが
どの方向にはみ出すか特定できないため、主軸１５のず
れる方向も特定できない。また、チップ部品の形状に凹
凸があるような場合も、シルエットに凹凸が現れるた
め、同様の問題が生じる可能性がある。

【０００９】従って、このような場合には、本来のチッ
プ部品の傾きを検出する上で支障となり、チップ部品位
置の補正が簡単には行えない。

【００１０】故に、本発明の目的は、部品のシルエット
の状態如何にかかわらず部品の傾きを正しく検出する方
法を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、回路基板に設
置される部品を含む像を撮像して濃淡画像を得、該濃淡
画像に演算処理を行って前記部品の傾きを検出する方法
において、（ａ）前記濃淡画像から輪郭を抽出し、
（ｂ）該輪郭を構成する複数の画素の各々について、該
輪郭上で当該画素から所定の画素数離れた２つの画素を
結ぶ直線を生成し、（ｃ）前記複数の画素の全てについ
て生成した直線と所定の基準線とのなす角度を求めて、
それらの角度の度数分布を生成し、（ｄ）該度数分布上
でピーク度数の所定の割合以上の度数となる角度が所定
の個数以下になるまで前記度数分布を平滑化し、（ｅ）
平滑化された度数分布上で前記ピーク度数の所定の割合
以上の度数となる角度から前記部品の傾き角度を検出す
ることを特徴とする。

【００１２】本発明の好ましい態様では、前記（ｅ）に
おいて、ピーク度数の所定の割合以上の度数となる角度
の平均値を算出し、その値を前記部品の傾き角度とす
る。

【００１３】

【作用】初めに、部品を含む像を撮像して得られた２値
画像から部品の輪郭が抽出される。輪郭の抽出には、従
来知られている方法が用いられる。

【００１４】その輪郭を構成する複数の画素の各々から
所定数隔てられた２つを結ぶ直線が生成される。

【００１５】生成された直線から所定の基準線とのなす
角度が算出され、この角度を全直線について求めること
により、度数分布が生成される。

【００１６】生成された度数分布に対しては、ピーク度
数の所定の割合以上の度数となる角度が所定の個数以下
になるまで平滑化処理が行われる。

【００１７】そして、平滑化された度数分布上で前記ピ
ーク度数の所定の割合以上の度数となる角度から部品の
傾き角度が得られる。

【００１８】例えば、ピーク度数となる角度をそのまま
部品の傾き角度としてもよいが、当該ピーク度数の所定
の割合以上の度数となる角度の平均値を求めて、部品の
傾き角度とすることができる。

【００１９】

【実施例】図１は、本発明の方法を実施するシステム構
成を示す。このシステムは、落射照明３を備えた表面実
装機１の吸着ノズル２により吸着されたチップ部品４を
ミラー５およびレンズ６を介して撮像するためのＣＣＤ
カメラ７を備えると共に、このカメラ７から送られる画
像を記憶するフレームメモリ８、このフレームメモリ８
に記憶された画像データをデータバス１０を介して取り
込む処理を行う画像処理用高速プロセッサ１１、その処
理データに基づき表面実装機１を制御するコントローラ
としてのパソコン１２、プロセッサ１１の処理動作や画
像データを表示させるための白黒モニター９を備えてい
る。

【００２０】図２は、上記プロセッサ１１で実行される
本発明の方法のフローチャートである。以下、このフロ
ーチャートにより説明する。

【００２１】初めに、ステップＳＴ１で、ＣＣＤカメラ
７により撮像され、図３（ａ）に示すように得られたチ
ップ部品４のシルエットの輪郭をトレースし、同図
（ｂ）のような画像を得る。輪郭のトレースは、次のよ
うに行われる。

【００２２】図４に示すように、適当に定めたトレース
開始点Ｓから右方向に画像を走査し、最初に２値画像に
当たった点Ａを始点とする。そして、この始点Ａから２
値画像の周囲をトレースして行き、始点Ａに戻った時点
でトレースが完了する。実施例の場合、トレースする順
に、輪郭を構成する画素に番号を付していく。

【００２３】また、画像の明るさを微分してグラジエン
トを求め、グラジエントの向きから輪郭を構成するエッ
ジを求めてトレースしても良い。この場合は、輪郭を構
成する画素への付番は行われないので、別途行う必要が
ある。

【００２４】図５は、図３（ｂ）のようにトレースされ
た輪郭の部分Ｃを拡大して示す。ここで、輪郭を構成す
る画素を輪郭点と称する。

【００２５】次に、ステップＳＴ２では、上記輪郭点を
結んで直線を生成し、その直線と所定の基準線（例え
ば、チップ部品の位置を表すための２次元座標軸の１
つ）とのなす角度を、生成される全直線に関して求め
る。

【００２６】すなわち、図５に示すように、座標（Ｘ
_i ，Ｙ_i ）で示される輪郭点ｉからｊ番目に位置する２
つの輪郭点（Ｘ_i+j ，Ｙ_i+j ）と（Ｘ_i-j ，Ｙ_i-j ）を
結んで直線を生成する。ここで、得られた直線が基準線
（座標軸Ｘ）となす角度θ_i は、次式により算出され
る。

【００２７】

【数２】

【００２８】例えばｊ＝５の場合は、輪郭点ｉについて
図５に示した直線が生成される。

【００２９】輪郭を構成する全輪郭点の個数がｎ個の場
合には、輪郭点ｉ（＝０，１，…，ｎ−１）について、
上記のように直線を生成する。こうして生成された直線
に関して、上式(3) により順次θ_i を算出することがで
きる。

【００３０】ステップＳＴ３では、ステップＳＴ２で得
られた角度を横軸、その度数を縦軸とした平面上にプロ
ットすることにより、−179 °〜＋180 °の範囲の度数
分布（ヒストグラム）を生成する。

【００３１】図６は、上記のようにして生成されたヒス
トグラムの例を示す。このヒストグラムにおいては、対
象とするチップ部品のシルエットの形状は四角形である
ため、チップ部品の輪郭点から得られる角度は、上記ヒ
ストグラム上で90°おきのピークを形成する。すなわ
ち、チップ部品の本来の傾き角度（曲り角度）をΔ（＞
０）とすると、ピークは、− 180°＋Δ，−90°＋Δ，
Δ，90°＋Δの角度に現われる。

【００３２】これに対し、吸着ノズルがはみ出してシル
エットに現れたときは、一般にはノズルの形状が四角形
でないために、その輪郭は直線とならず、その輪郭点か
ら得られる角度は、ヒストグラム上に明確なピークとな
っては現れにくい。また、チップ部品に凹凸がある場合
も同様である。

【００３３】従って、上記ヒストグラムを±45°及び±
135 °を折り返し点として折り返して重ね合わせると、
90°おきに分布しているチップ部品のピークは、よりは
っきりと捉えられるようになる。

【００３４】ステップＳＴ４では、上記の折り返し操作
を行い、角度−45°〜＋44°の範囲のヒストグラムを生
成する。図７は、こうして生成されたヒストグラムを示
す。

【００３５】ステップＳＴ５では、ステップＳＴ４で得
られたヒストグラムに対し、後述のガウス関数を用いて
平滑化（ノイズ除去）を行い、チップ部品の輪郭点から
算出される角度のピークがより鮮明に捕捉されるように
する。

【００３６】ステップＳＴ６では、ステップＳＴ５で平
滑化されたヒストグラムに対し、平滑度の判定を行う。
すなわち、図８に示すように、ピーク（この場合、最
大）度数のＡ％の度数を閾値とし、それ以上の度数を有
する角度Δ_k の個数ＮがＭ個以下となった場合には、平
滑化が充分行われたものと判断してステップＳＴ７へ進
み、Ｎ＞Ｍの場合には、平滑化が不充分としてステップ
ＳＴ８へ進む。ここでＭは、検査対象のチップ部品の状
況に応じて、５〜１０の範囲で適切に設定される個数
（閾値）である。

【００３７】ステップＳＴ７では、角度Δ_k の度数ｎ_k
により次のように平均角度を算出する。

【００３８】

【数３】

【００３９】この平均角度を、図９に示すシルエットで
示されるチップ部品４’の傾き角度Δ、すなわち検査対
象部品の傾き角度とする。

【００４０】検査対象部品の状況に依っては、ピーク度
数となる角度そのものを、前記部品の傾き角度として採
用することもできる。

【００４１】一方、ステップＳＴ８においては、ステッ
プＳＴ５で行われた平滑化処理の繰り返しの回数に対す
る判定が行われる。すなわち、この回数が所定の回数Ｂ
に達していなければ、ステップＳＴ５に戻って再度平滑
化を行い、達していれば、対象部品の傾き角度の検出を
停止し（ステップＳＴ９）、処理手順を終了する。

【００４２】ここで、Ｂは検査対象部品の種類に応じて
設定される閾値であり、実施例においては、Ｂ＝１０に
達した時に、傾き検出手順を打ち切る。例えば、形状が
四角形でない部品の場合には、前記ヒストグラムを生成
した時に明確なピークが形成されにくいので、平滑化を
繰り返してもＮ≦Ｍを満たすピ−クが生成されにくい。
このような場合は打ち切りの対象となる。

【００４３】次に、上記の方法を実行するための演算処
理を詳細に説明する。

【００４４】まず、ステップＳＴ２で算出される角度θ
_i をｘとして、角度ｘに対し生成されたヒストグラムを
ｆ(x) とする。

【００４５】実施例の場合、部品の形状は四角形である
ため、ｆ(x) は90°おきにピークが出る。そこで、ｆ
(x) を90°おきに折畳んだヒストグラムｈ(x) ［−45＜
ｘ≦45］を計算する。これは、次式で表わされる。

【００４６】

【数４】

【００４７】更に、ｈ(x) を

【００４８】

【数５】

【００４９】と正規化する。この Gh(x)を、標準偏差σ
のガウス関数

【００５０】

【数６】

【００５１】でフィルタリングする。すなわち、フィル
タリングの結果を

【００５２】

【数７】

【００５３】と表わし、このＨ(x, σ) を

【００５４】

【数８】

【００５５】と正規化する。(7) 式のガウス関数をフー
リエ変換すると、

【００５６】

【数９】

【００５７】となり、全角周波数の 99.87％が |ｗ| ＜
3／σに入っている。従って、ガウス関数ｇ(x, σ) で
Gh(x)をフィルタリングすることにより Gh(x)の高周波
成分（ノイズ）が除去され、 Gh(x)が平滑化されること
になる。

【００５８】σを適切に選べば、部品が傾斜していない
場合には、部品には水平、垂直の成分が多いことからｘ
＝０に、Δだけ傾斜している場合には、ｘ＝Δにあるノ
イズレベル以上のピークが、GH(x, σ) に出現する。

【００５９】適切なσは事前に予測することが困難であ
るため、以下のようにσ＝１のガウス関数ｇ(x,1) で、
フィルタリング出力のノイズレベル（閾値Ａ％）以上の
角度の個数がＭ個以下になるまで繰返し平滑化を行う。

【００６０】

【数１０】

【００６１】上式で、Ｈ⁽ⁿ⁾(x)はｎ回目のフィルタリン
グ結果、GH⁽ⁿ⁾(x)はＨ⁽ⁿ⁾(x)を０〜１の範囲に正規化し
たものである。

【００６２】上記の繰り返しの回数ｎが、閾値Ｂに達し
ても、前記角度の個数がＭ以下とならない場合は、検査
対象のチップ部品の傾き検出を打ち切る。

【００６３】上記実施例においては、表面実装機で実装
される際のチップ部品の傾きを検出するものとして説明
したが、本発明の方法はこれに限らず、２値画像として
捉えることができる部品であれば、その傾き検出に適用
することができる。例えば、回路基板に実装されている
部品であっても、２値画像として捉えることができれ
ば、その傾きを検出することができる。

【００６４】

【発明の効果】以上のように本発明の方法を用いると、
表面実装機の吸着ノズルが検査対象のチップ部品からは
み出すような場合にも、チップ部品の傾きを正しく検出
できるので、ノズルのはみ出しの有無にかかわらず、部
品の傾きを正しく補正することができる。

【００６５】また、チップ部品に凹凸があるような場合
にも、傾きを検出できる。

【００６６】さらに、本発明の方法は、輪郭から傾きを
検出するので、２値画像として捉えることのできるすべ
ての部品に適用することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の方法を実施するシステム構成図。

【図２】図１のシステムで実行される方法の処理手順を
示すフローチャート。

【図３】検査対象のチップ部品のシルエット。

【図４】２値化画像の輪郭のトレースを説明する図。

【図５】図３のシルエットの輪郭部分をその構成画素で
示す図。

【図６】図５の各画素毎に生成した直線の傾き角度の度
数分布を示す図。

【図７】図６の度数分布から生成される±45°の角度範
囲のヒストグラムを示す図。

【図８】図７のヒストグラムに平滑化を施して得られる
ヒストグラムを示す図。

【図９】シルエット化されたチップ部品の傾き角度を示
す図。

【図１０】座標平面において２値化された物体の傾き角
度を示す図。

【図１１】吸着ノズルに吸着されたチップ部品の状態を
示す図。

【図１２】吸着ノズルに吸着されたチップ部品のシルエ
ット。

【符号の説明】

１…表面実装機、２，２’，１４及び１４’…吸着ノズ
ル、３…落射照明、４，４’，１３及び１３’…チップ
部品、５…ミラー、６…レンズ、７…ＣＣＤカメラ、８
…フレームメモリ、９…白黒モニタ、１０…データバ
ス、１１…画像処理用高速プロセッサ、１２…パソコ
ン、１５…主軸。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】回路基板に設置される部品を含む像を撮像
して濃淡画像を得、該濃淡画像に演算処理を行って前記
部品の傾きを検出する方法において、（ａ）前記濃淡画像から輪郭を抽出し、（ｂ）該輪郭を構成する複数の画素の各々について、該
輪郭上で当該画素から所定の画素数離れた２つの画素を
結ぶ直線を生成し、（ｃ）前記複数の画素の全てについて生成した直線と所
定の基準線とのなす角度を求めてそれらの角度の度数分
布を生成し、（ｄ）該度数分布上でピーク度数の所定の割合以上の度
数となる角度が所定の個数以下になるまで前記度数分布
を平滑化し、（ｅ）平滑化された度数分布上で前記ピーク度数の所定
の割合以上の度数となる角度から前記部品の傾き角度を
検出することを特徴とする部品の傾き検出方法。
【請求項２】前記（ｅ）において、ピーク度数の所定の
割合以上の度数となる角度の平均値を算出し、その値を
前記部品の傾き角度とすることを特徴とする請求項１記
載の部品の傾き検出方法。