JPH0683945A - 物品認識装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 部品装着装置等に設けられる物品認識装置の
カメラによる被撮像物の画像が良好となるように、カメ
ラと被撮像物の間隔を予め設定するものとし、その設定
のための作業を自動的にかつ正確に行なう。 【構成】 吸着ノズル２０により吸着されるチップ部品
をカメラ３１で撮像してその画像からチップ部品等の位
置を検出するような物品認識装置において、部品位置と
カメラ３１との間隔を設定する間隔設定手段を備え、こ
の手段は、カメラ３１と部品とを対向させた状態で両者
の間隔を変化させつつ画像の濃度分布を検出し、これに
基づいて鮮明な画像が得られる間隔を検出して、これを
設定値とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、部品装着装置等に具備
されてチップ部品の位置の検出等に用いられる物品認識
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、ＣＣＤカメラ等の撮像手段により
撮像した被撮像物の画像を画像処理手段により処理し
て、被撮像物の位置を検出するようにした物品認識装置
は知られている（特開平１−２４０９８７号公報参
照）。このような物品認識装置は、例えば、プリント基
板にチップ部品を装着する部品装着装置において、チッ
プ部品の位置検出に基づく装着位置の補正等のために用
いられている。

【０００３】すなわち、上記部品装着装置は、吸着ノズ
ルを有する部品装着用のヘッドユニットにより、テープ
フィーダー等の部品供給部からチップ部品（電子部品）
を吸着して、位置決めされているプリント基板上に移送
し、プリント基板の所定位置に装着する作業を自動的に
行なうものであり、上記ヘッドユニットとプリント基板
とが相対的にＸ軸方向およびＹ軸方向に移動可能とされ
るとともに、吸着ノズルがＺ軸方向に移動可能かつ回転
可能とされ、各方向の移動および回転のための駆動機構
が設けられている。そして、この部品装着装置において
は、チップ部品が吸着ノズルに吸着された段階ではチッ
プ部品の位置（中心位置および回転角）にばらつきがあ
るので、そのチップ部品の位置を検出し、それに基づい
て装着位置を補正することが要求される。そのために、
ヘッドユニットの吸着ノズルでチップ部品を吸着した後
に、上記物品認識装置により、チップ部品の位置を検出
するようにしたものが考えられている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように物品認識
装置を用いて物品の位置を検出し、特に部品装着装置に
おいてチップ部品の位置の検出とそれに基づく装着位置
の補正を行なうようにしたものでは、上記撮像手段によ
る撮像時に、撮像手段の焦点深度の範囲内でできるだけ
良好な画像が得られる状態が速やかに達成される必要が
ある。このため、通常、部品装着作業の前の準備段階等
において、固定焦点の撮像手段に対して作業者が吸着ノ
ズルの高さ位置（撮像手段と被撮像物との間隔）を変え
つつ、良好な画像が得られる位置を目視により調べ、こ
の位置を設定値として入力しておくことが行なわれてい
る。

【０００５】ところが、このような作業者の目視による
調整では、この作業が面倒であって作業能率を低下させ
るとともに、撮像手段と被撮像物との間隔の設定、調整
を精度良く行なうことが難しく、その精度が悪いと、上
記画像処理による位置検出およびそれに基づく装着位置
の補正の精度が悪くなる等の弊害を招く。

【０００６】本発明は上記の事情に鑑み、撮像手段によ
るチップ部品等の画像が良好となるように両者の間隔を
予め設定する作業を、自動的にかつ正確に行なうことが
でき、画像処理の精度を向上することができる物品認識
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、本発明は、撮像手段と、この撮像手段により撮像し
た画像から被撮像物の位置を検出する画像処理手段とを
備えた物品認識装置において、上記撮像手段と上記被撮
像物との間隔を設定する間隔設定手段を備え、この間隔
設定手段は、上記撮像手段と上記被撮像物とを対向させ
た状態で両者の間隔を変化させる手段と、画像の濃度分
布を検出する手段と、上記間隔と上記濃度分布との関係
に基づいて鮮明な画像が得られる間隔を検出して、これ
を設定値とする手段とを有するものである。

【０００８】特に好ましくは、吸着ノズルによりチップ
部品を吸着してこれを所定位置に装着するヘッドユニッ
トを備えた部品装着装置に具備される物品認識装置であ
って、上記吸着ノズルに吸着されたチップ部品が上記撮
像手段により撮像されてその位置が上記画像処理手段に
より検出され、この検出に基づいてチップ部品の装着位
置が補正されるようにするとともに、上記間隔設定手段
は上記吸着ノズルのチップ部品吸着位置と上記撮像手段
との間隔を設定するものである。

【０００９】

【作用】上記構成によると、上記撮像手段と被撮像物と
の間隔が設定されるときに、上記間隔設定手段により自
動的に鮮明な画像が得られる状態が探索されて、この状
態での撮像手段と被撮像物との間隔が設定値とされ、そ
の後の部品装着作業等における撮像時には速やかに上記
間隔が上記設定値に調整される。

【００１０】

【実施例】本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１および図２は本発明の一実施例による物品認識装置
を備えた部品装着装置の全体構造を示している。これら
の図において、基台１上には、Ｘ軸方向（搬送方向）に
延びるプリント基板搬送用のコンベア２が配設され、プ
リント基板３が上記コンベア２上を搬送され、後記作業
ステーション６Ａ，６Ｂの一定位置で停止されるように
なっている。

【００１１】上記コンベア２の配設部分の両側方には、
部品供給部４が配置されている。この部品供給部４は多
数列の供給テープ４ａを備え、各供給テープ４ａは、そ
れぞれ、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状の
チップ部品を等間隔に収納、保持し、リールに巻回され
ている。供給テープ４ａの繰り出し端にはラチェット式
の送り機構が組込まれ、後記ヘッドユニット５Ａ，５Ｂ
により繰り出し端からチップ部品がピックアップされる
につれて、供給テープ４ａが間欠的に繰り出され、上記
ピックアップ作業を繰返し行なうことが可能となってい
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５Ａ，５Ｂが装備され、ヘッドユニッ
ト５Ａ，５Ｂと作業ステーション６Ａ，６Ｂ上のプリン
ト基板３とが相対的にＸ軸方向およびＹ軸方向（水平面
上でＸ軸と直交する方向）に移動可能とされ、図示の実
施例では、プリント基板３を保持する作業ステーション
６Ａ，６ＢがＹ軸方向に移動可能とされる一方、ヘッド
ユニット５Ａ，５ＢがＸ軸方向に移動可能となってい
る。

【００１３】これらの構造を具体的に説明すると、図で
は２枚のプリント基板３に対して同時的に装着作業を行
なうことができるようにして処理能率を高めるため、ヘ
ッドユニット５Ａ，５Ｂおよび作業ステーション６Ａ，
６Ｂが２つずつ配備されており、作業ステーション６
Ａ，６Ｂは、Ｘ方向にずれた２箇所に配設されている。
各作業ステーション６Ａ，６Ｂは、プリント基板３を保
持するための基板保持装置を有し、上記コンベア２から
移載装置を介して作業ステーション６Ａ，６Ｂ上に送り
込まれたプリント基板３を保持し得るようになってい
る。

【００１４】この各作業ステーション６Ａ，６Ｂの配置
箇所においてはそれぞれ、ベース７上に、互いに平行に
Ｙ軸方向に延びる２本のガイドレール８が所定間隔をお
いて互いに平行に配置されるとともに、Ｙ軸方向の送り
機構として、一方のガイドレール８の近傍に、Ｙ軸サー
ボモータ１０により回転駆動されるボールねじ軸９が配
置されている。そして、上記作業ステーション６Ａ，６
Ｂの両側部がガイドレール７に移動自在に支持され、か
つ、作業ステーション６Ａ，６Ｂに設けられたナット部
分１１が上記ボールねじ軸９に螺合している。このよう
な構造により、部品装着作業時には、作業ステーション
６Ａ，６Ｂが、プリント基板３を保持した状態で、上記
ボールねじ軸９の回転につれてＹ軸方向に移動するよう
になっている。

【００１５】また、基台１の上方には、ヘッドユニット
５Ａ，５ＢをＸ軸方向移動可能に保持するためのＸ軸フ
レームが設けられ、図では２本のＸ軸フレーム１３Ａ，
１３Ｂが、所定間隔をおいて互いに平行に、それぞれＸ
軸方向に延びている。このＸ軸フレーム１３Ａ，１３Ｂ
には、その上下両側の側部にＸ軸ガイド１４が形成され
るとともに、Ｘ軸方向の送り機構として、上下のＸ軸ガ
イド間に位置するボールねじ軸１５と、このボールねじ
軸１５を回転駆動するＸ軸サーボモータ１６とが設けら
れている。そして、上記Ｘ軸ガイド１４にヘッドユニッ
ト５Ａ，５Ｂが移動自在に支持され、かつ、このヘッド
ユニット５Ａ，５Ｂに設けられた図外のナット部分が上
記ボールねじ軸１５に螺合し、ボールねじ軸１５の回転
によってヘッドユニット５Ａ，５ＢがＸ軸方向に移動す
るようになっている。

【００１６】上記ヘッドユニット５Ａ，５Ｂには、チッ
プ部品を吸着する吸着ノズル２０が設けられ、図示の例
では各ヘッドユニット５Ａ，５Ｂにそれぞれ１６本ずつ
吸着ノズル２０が設けられている。図３および図４に詳
しく示すように、上記各吸着ノズル２０は、Ｚ軸ガイド
２１に沿ってＺ軸方向（上下方向）の移動が可能とされ
るとともに、Ｒ軸（ノズル中心軸）回りの回転が可能と
されており、吸着ノズル２０に対するＺ軸サーボモータ
２２およびＲ軸サーボモータ２３がヘッドユニット５
Ａ，５Ｂに具備されている。そして、上記Ｚ軸サーボモ
ータ２２の駆動によりＺ軸ボールねじ軸２４を介して吸
着ノズル２０が上下動され、また、Ｒ軸サーボモータ２
３の駆動によりＲ軸ボールねじ軸２５、Ｒ軸ラック２６
およびＲ軸ピニオン２７を介して吸着ノズル２０が回動
されるようになっている。さらに、ヘッドユニット５
Ａ，５Ｂには、プリント基板３に予め付されているマー
ク（図示せず）を検出することによってプリント基板３
の位置を検出する基板位置検出用ＣＣＤカメラ２８が取
り付けられている。

【００１７】また、基台１上でヘッドユニット５Ａ，５
ＢのＸ軸方向移動範囲内の適宜位置に対応する箇所、例
えば作業ステーション６Ａ，６Ｂの配置箇所と部品供給
部４との間の箇所に、部品位置検出のための撮像手段と
してのＣＣＤカメラ３１と、撮像時の照明用のランプハ
ウス３２が設けられている。上記ＣＣＤカメラ３１は固
定焦点となっている。

【００１８】図５は、画像処理系統を概略的に示し、こ
の図において、部品位置検出のためのＣＣＤカメラ３１
は画像処理ユニット（画像処理手段）３３に接続されて
いる。なお、上記ヘッドユニット５Ａ，５Ｂに具備され
た基板位置検出用ＣＣＤカメラ２８も画像処理ユニット
３３に接続されている。

【００１９】また、上記ランプハウス３２は、ファイバ
ーケーブル３４を介してフラッシュユニット３５に接続
され、このフラッシュユニット３５が上記画像処理ユニ
ット３３に接続されている。そして上記画像処理ユニッ
ト３３が、コントローラ３６に接続されている。

【００２０】図６は、吸着ノズル（簡略化のため１つだ
け示す）およびサーボモータ２２等を具備するヘッドユ
ニット５（５Ａまたは５Ｂ）とＣＣＤカメラ３１、フラ
ッシュランプ３７および照明用電源３８を模式的に示す
とともに、上記画像処理ユニット３３およびコントロー
ラ３６の機能的構成を示している。３９は吸着ノズルに
吸着されたチップ部品である。

【００２１】この図において、上記ＣＣＤカメラ３１に
接続された画像処理ユニット３３には、部品位置検出手
段４１と、画像の濃度分布検出手段４２とが含まれてい
る。上記部品位置検出手段４１は、チップ部品３９の
吸，装着の一連の作業が自動的に行なわれる装着作業中
に、吸着ノズル２０による部品吸着後にＣＣＤカメラ３
１で撮像されたチップ部品３９の画像から、このチップ
部品３９の中心位置および回転角度を検出するものであ
る。また、上記濃度分布検出手段４２は、準備段階等に
おける後述の間隔設定処理の際に、画像の濃度分布を検
出するものである。

【００２２】上記画像処理ユニット３３に接続されたコ
ントローラ３６は、マイクロコンピュータ等からなり、
命令・計算手段４３と、ＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶手
段４４と、インターフェース４５と、ヘッドユニット駆
動部４６、吸着ノズル回転駆動部４７、吸着ノズル上下
駆動部４８、作業ステーション駆動部４９などの各種駆
動部とを含んでいる。そして、各種センサ５０および吸
着用真空の給排切換用バルブ５１、各種サーボモータ１
０，１６，２２，２３等が上記インターフェース４５お
よび駆動部４６〜４９に電気的に接続されている。さら
に、キーボード５２およびＣＲＴ５３がコントローラ３
６に接続されている。

【００２３】上記命令・計算手段４３には、準備段階等
においてＣＣＤカメラ３１と吸着ノズル２０の部品吸着
位置との間隔を設定する間隔設定処理の際に、上記吸着
ノズル２０をＣＣＤカメラ３１の上方に位置させた状態
で上下動させることにより上記間隔を変更する間隔変更
手段５４と、この手段５４の作動中に上記濃度分布検出
手段４２の出力を受けて濃度分布の変化を調べ、それに
基づいて上記間隔の適正な値を設定値として求め、これ
を記憶手段４４に記憶させる設定値演算手段５５とを有
している。これらの手段５４，５５と上記濃度分布検出
手段４２とで、鮮明な画像が得られるノズル高さ位置
（ＣＣＤカメラ３１と吸着ノズル２０の部品吸着位置と
の間隔）を自動的に検出、設定する間隔設定手段が構成
されている。

【００２４】上記間隔設定手段の機能を果たす処理を、
図７のフローチャートによって説明する。

【００２５】このフローチャートの処理は、ＣＣＤカメ
ラ３１やそのパーツが交換されたとき等に、自動的な部
品装着動作が行なわれる前の準備段階の作業として行な
われる。この処理において、吸着ノズル２０により吸着
されてＣＣＤカメラ３１で撮像される被撮像物は、勿論
チップ部品であってもよいが、チップ部品の代用品とし
て白地に黒線をもつ治具を用いてもよい。

【００２６】このフローチャートの処理としては、先ず
ステップＳ１で、吸着ノズル２０によりチップ部品また
は治具が吸着されるとともに、ＣＣＤカメラ３１の上方
の位置までヘッドユニット５がＸ軸方向に移動される。
またステップＳ２で、吸着ノズル２１の高さＨの初期設
定として最小高さＨmin が与えられる。

【００２７】次に、Ｚ軸サーボモータ２２が駆動される
ことにより吸着ノズル２０が上記のノズル高さＨに移動
され（ステップＳ３）、この状態で、上記チップ部品の
リード部または治具の線部の濃度分布が調べられる（ス
テップＳ４）。つまり、図８のように処理画面上に表示
されるチップ部品等の画像Ｗに対し、そのリード部Ｗａ
（または線部）を横切る方向（矢印方向）に走査が行な
われ、この走査により、各リード部とリード間とで明暗
が変化する図９のような濃度分布が得られる。

【００２８】続いて、上記の濃度分布から、濃度の最高
と最低との偏差Ｌ[H] が求められる（ステップＳ５）。
それから、上記ノズル高さＨが一定値Ｓだけ増加され
（ステップＳ６）、ノズル高さＨの判定（ステップＳ
７）に基づき、ノズル高さＨが最大値Ｈmax になるまで
はステップＳ３からの処理が繰り返される。これによ
り、一定値Ｓずつ変化した各ノズル高さ毎に、濃度分布
が調べられて上記偏差Ｌ［Ｈ］が求められる。

【００２９】ノズル高さＨが最大値Ｈｍａｘ になる
と、それまでにステップＳ３〜Ｓ６の処理の繰返しで求
められた各ノズル高さでの濃度偏差のうちで最大値が調
べられ、その最大値をとるノズル高さが、その後の部品
装着作業におけるチップ部品撮像時のノズル高さ調整の
ための設定値Ｈo とされ（ステップＳ８）、この設定値
Ｈoが記憶される。

【００３０】以上のような当実施例の装置によると、準
備段階等において行なわれる上記フローチャートの処理
により、上記ノズル高さＨの設定が自動的に行なわれ
る。そしてこの場合に、ノズル高さＨが変えられつつ濃
度分布が調べられて、濃度偏差Ｌ[H] が最大となるノズ
ル高さが求められ、つまり、最もコントラストが良く、
鮮明な画像が得られるノズル高さが求められて、これが
設定値Ｈo とされる。

【００３１】その後の部品装着作業においては、ヘッド
ユニット５Ａ，５Ｂによる部品の吸着、物品認識装置に
よる部品位置検出とそれに基づく装着位置補正量の演
算、プリント基板３への装着の一連の作業が、自動的に
行なわれる。つまり、先ずヘッドユニット５Ａ，５Ｂの
吸着ノズル２０により部品供給部４からチップ部品が吸
着され、続いてＣＣＤカメラ３１に対応する位置までヘ
ッドユニット５Ａ，５Ｂが移動し、かつ、吸着ノズル２
０の高さが上記設定値Ｈo に調整された上で、チップ部
品が撮像され、その画像処理でチップ部品の位置が検出
される。

【００３２】この画像処理としては、処理画面上に表示
された画像に対して走査が行なわれることにより、例え
ばチップ部品の四辺におけるリード部の端部エッジ点が
検出され、各エッジ点の位置に基づいてチップ部品の中
心位置が演算され、かつエッジ点を結ぶ方向が調べられ
ることによってチップ部品の回転角が調べられる。

【００３３】このような画像処理が行なわれる場合に、
鮮明な画像が得られるように予めノズル高さの設定値Ｈ
o が与えられていることにより、小さいチップ部品やリ
ード部のピッチが狭いチップ部品であっても位置の検出
が精度良く行なわれる。

【００３４】そして、この位置検出に基づいて装着位置
の補正量が求められてから、プリント基板３上の、補正
された目標位置にチップ部品が装着されるように、プリ
ント基板３を保持した作業ステーション６Ａ，６ＢのＹ
軸方向移動およびヘッドユニット５Ａ，５ＢのＸ軸方向
移動が行なわれるとともに、装着位置での吸着ノズル２
０の下降、吸着用負圧のカット等が順次行なわれる。

【００３５】なお、吸着ノズル２０とＣＣＤカメラ３１
との間隔の設定、調整のための構造としては、ＣＣＤカ
メラ３１を基台１に対して上下動可能とし、駆動機構に
より上下動させるようにしてＣＣＤカメラ３１の高さを
調整してもよい。

【００３６】また、上記実施例では、画像の濃度分布に
基づいて撮像手段と被撮像物との間隔を予め設定する間
隔設定手段を、チップ部品の位置検出のための画像処理
に適用しているが、ヘッドユニット５Ａ，５Ｂに取り付
けられたＣＣＤカメラ２８によりプリント基板３のマー
クの撮像に基づいてプリント基板３の位置を検出するよ
うにした部分に適用することもできる。

【００３７】また、部品装着装置の全体構造も上記実施
例に限定されず、例えば、装着時にプリント基板３は位
置決めして停止させる一方、ヘッドユニットをＸ軸方向
およびＹ軸方向に移動させることができる構造としてお
いてもよい。

【００３８】

【発明の効果】本発明は、撮像手段により撮像した被撮
像物の画像からその被撮像物の位置を検出する物品認識
装置において、上記撮像手段と被撮像物との間隔を設定
する間隔設定手段を備え、この手段は、撮像手段と被撮
像物とを対向させた状態で両者の間隔を変化させつつ画
像の濃度分布を検出し、これに基づいて鮮明な画像が得
られる間隔を検出して、これを設定値とするようになっ
ている（請求項１）ため、上記間隔の調整、設定を自動
的に行なうことができて作業能率を高めることができ
る。しかも、最も鮮明な画像が得られる状態を探索して
設定することができるため、画像処理による位置検出の
精度を向上することができる。

【００３９】特に、部品装着装置におけるヘッドユニッ
トの吸着ノズルに吸着されたチップ部品の位置が画像処
理によって検出され、この検出に基づいてチップ部品の
装着位置が補正されるようにする場合に、上記吸着ノズ
ルのチップ部品吸着位置と上記撮像手段との間隔が上記
間隔設定手段により設定されるようにしておくと（請求
項２）、小形のチップ部品やリード部のピッチが狭いチ
ップ部品であっても、画像処理による位置の検出とそれ
に基づく部品装着位置の補正を精度良く行なうことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による物品認識装置を備えた
部品装着装置の平面図である。

【図２】部品装着装置のヘッドユニット配置部分の正面
図である。

【図３】ヘッドユニットの拡大正面図である。

【図４】ヘッドユニットを図３のＩＶ−ＩＶ線からみた
図である。

【図５】ヘッドユニットと画像処理装置等を概略的に示
した斜視図である。

【図６】画像処理および制御系統の機構的構成を示すブ
ロック図である。

【図７】間隔設定手段としての機能を果たす処理を示す
フローチャートである。

【図８】濃度分布検出のための走査を示す説明図であ
る。

【図９】濃度分布を示す説明図である。

【符号の説明】

５Ａ，５Ｂ ヘッドユニット ２０ 吸着ノズル ３１ ＣＣＤカメラ（撮像手段） ３３ 画像処理ユニット ３６ コントローラ ４２ 濃度分布検出手段 ４３ 命令・計算手段

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 撮像手段と、この撮像手段により撮像し
   た画像から被撮像物の位置を検出する画像処理手段とを
   備えた物品認識装置において、上記撮像手段と上記被撮
   像物との間隔を設定する間隔設定手段を備え、この間隔
   設定手段は、上記撮像手段と上記被撮像物とを対向させ
   た状態で両者の間隔を変化させる手段と、画像の濃度分
   布を検出する手段と、上記間隔と上記濃度分布との関係
   に基づいて鮮明な画像が得られる間隔を検出して、これ
   を設定値とする手段とを有することを特徴とする物品認
   識装置。
2. 【請求項２】 吸着ノズルによりチップ部品を吸着して
   これを所定位置に装着するヘッドユニットを備えた部品
   装着装置に具備される物品認識装置であって、上記吸着
   ノズルに吸着されたチップ部品が上記撮像手段により撮
   像されてその位置が上記画像処理手段により検出され、
   この検出に基づいてチップ部品の装着位置が補正される
   ようにするとともに、上記間隔設定手段は上記吸着ノズ
   ルのチップ部品吸着位置と上記撮像手段との間隔を設定
   するものである請求項１記載の部品認識装置。