JPH10117100A - 部品の位置検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 テンプレートマッチング法の手法を用いて、
部品の位置検出が可能な部品の位置検出方法を提供す
る。 【解決手段】 自身の中心について点対称形状の部品２
０の画像を撮像し、この部品の画像の一部又は全部を含
む領域２２を検出する。部品の中心を通るＸ軸あるいは
Ｙ軸に関して領域２２と対称なテンプレート２４を作成
し、このテンプレートとのマッチングを行なう。このマ
ッチングは、部品の画像を中心回りに回転させることに
より行なわれる。マッチングがとれたときの回転量θを
求めることにより部品の傾きを検出する。領域２２は、
部品の一部又は全部を含むテンプレートを作成し、画像
とこのテンプレートとのマッチングがとれるテンプレー
ト領域により設定される。これによりマッチング精度を
向上させ、傾き検出の精度を高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、部品の位置検出方
法、更に詳細には、チップマウンタで搭載される電子部
品等の部品が吸着されて装着基板に搬送されるとき、吸
着時の位置ずれを検出するための部品の位置検出方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、チップマウンタでは、対象
物、例えばＩＣチップ部品等の電子部品（以下単に部品
という）を吸着する吸着ノズルを備えた吸着ヘッドが設
けられており、フィーダから供給される部品が吸着ノズ
ルにより吸着され、回路基板上に移送、搭載されてい
る。通常部品は、必ずしも正しい姿勢で吸着されるわけ
ではないので、部品の吸着姿勢がＣＣＤカメラ等の撮像
装置により撮像され、部品の画像認識が行なわれ、この
画像認識に基づき得られる部品の吸着ノズルの中心位置
からのずれ並びに傾き量が補正された後、部品が回路基
板上に搭載されている。

【０００３】この位置ずれ量を求めないし補正するため
に、部品の種類に応じた位置検出アルゴリズムが開発さ
れているが、各アルゴリズムに必要な部品データを部品
毎に記述しなければならない、という問題がある。この
煩雑さを解決するために、汎用的なアルゴリズムとし
て、例えば、特公平８ー１２０５０号公報に記載された
ようなテンプレートマッチングが知られている。テンプ
レートマッチングとは、部品を表すテンプレートを作成
し、これを部品の含まれている画像中を移動させ画像と
テンプレート間に大きな類似性が得られるテンプレート
位置に部品があると認識する方法である。

【０００４】上記公報では、部品（基準マーク）の一部
もしくは全部を含む第１のテンプレート並びにこれと点
対称な第２のテンプレートを登録し、検査すべき部品の
画像と第１及び第２のテンプレートとのマッチングをそ
れぞれとり、マッチングがとれたときの各テンプレート
の対応する２点の中点を部品の中心として中心ずれを求
めている。

【０００５】この公報で述べられている手法は、部品の
中心位置を検出することは可能であるが、部品の傾きを
検出することはできない。また、上述の公報では、登録
されたテンプレートを用いるのではなく、部品の一部も
しくは全部を含むウィンドウを予め設定し、このウィン
ドウと点対称なテンプレートを作成しそれとのマッチン
グを行なうことにより中心位置を求める例も示されてい
る。この例の場合、テンプレートを格納するメモリを省
略できる利点がある。しかし、部品が画像内でほぼ一定
な位置に存在するならば安定した結果を得られるが、そ
うでない場合、部品がウィンドウにはいらず、有効な特
徴を含まないことが発生し、期待した結果を得られな
い、という問題がある。

【０００６】これに対しては、ウィンドウを大きくする
ことである程度の対応は可能ではあるが、テンプレート
に余分な情報が多く含まれ、マッチング精度を低下させ
るばかりか、演算時間も増大する。テンプレートを予め
登録して実行する場合は、上記のようなことは発生しな
いが、部品が傾きを持ち、テンプレートとの間に回転ず
れがある場合、マッチング精度は低下し、やはり期待し
た精度で中心位置を得ることはできない。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】テンプレートマッチン
グ法は、従来の位置ずれ検出アルゴリズムの範疇からも
れるような異型部品に対して汎用的な位置検出アルゴリ
ズムとして実装できることから、本発明は、このテンプ
レートマッチング法の手法を用いて、汎用的で、高精度
な位置検出アルゴリズムで部品の位置検出が可能な部品
の位置検出方法を提供することを課題とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明の部品の位置検出
方法は、自身の中心について点対称形状の部品の画像を
撮像し、前記部品の画像の一部又は全部を含む領域を検
出し、前記部品の中心を通るＸ軸あるいはＹ軸に関して
前記領域と対称なテンプレートを作成し、このテンプレ
ートと部品の画像のマッチングをとることにより部品の
傾きを検出することを特徴とする。

【０００９】また、本発明の部品の位置検出方法は、自
身の中心について点対称形状の部品の画像を撮像し、前
記部品の画像の一部又は全部を含む領域を検出し、前記
領域と点対称でかつ基準ウィンドウそのもの、あるいは
実画像データに置き換えたテンプレートを作成し、前記
画像とこのテンプレートとのマッチングが得られたとき
の前記領域とテンプレートの対応する２点を結ぶ中点を
部品の中心として求め、前記部品の中心を通るＸ軸ある
いはＹ軸に関して前記領域と対称なテンプレートを作成
し、このテンプレートと部品の画像のマッチングをとる
ことにより部品の傾きを検出することを特徴とする。

【００１０】このような構成では、テンプレートマッチ
ングにより部品の中心並びに傾きを精度よく検出でき
る。

【００１１】好ましくは、前記Ｘ軸あるいはＹ軸対称な
テンプレートとのマッチングは、部品の画像を自身の中
心回りに回転させることにより行なわれ、マッチングが
とれたときの回転量に基づき部品の傾きが検出される。

【００１２】また、上記領域は、部品の一部又は全部を
含むテンプレートを作成し、画像とこのテンプレートと
のマッチングがとれるテンプレート領域に設定される。
このようにすると、取得された部品の画像の位置が不安
定な場合でも、ウィンドウ内に部品の一部または全部が
確実に存在することが保証される。

【００１３】更に、前記回転が所定の刻み角で行なわ
れ、マッチングの相関値の差分あるいは微分を求めるこ
とにより得られる最大相関値の刻み角から部品の傾きが
検出される。これにより刻み角の分解能を大きくしたの
と同様な効果が得られ、傾き検出の精度を向上させるこ
とができる。

【００１４】また、部品の中心からの最遠点を求め、こ
の点を中心とする領域を前記求めた部品の傾きに基づい
て回転させ、この領域のＹ軸対称又はＸ軸対称なテンプ
レートとのマッチングをとることにより部品の傾きが求
められる。この場合には、回転量に基づいて得られた部
品の傾きを検証でき、更に傾き検出精度を向上させるこ
とができる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて具体的に説明する。

【００１６】［全体の構成］図１は、本発明による部品
の位置検出方法を実施するためのシステムの構成図であ
る。以下では、処理される対象物をチップマウンタの吸
着ノズルにより吸着される、自身の中心に対して点対称
な部品とする。

【００１７】このシステムは、部品撮像ステージ１と、
部品の姿勢を制御する位置制御装置２と、オペレータが
位置制御装置２と画像処理装置１２を制御するためのマ
ンマシンインタフェース３と、部品を撮像するＴＶカメ
ラ４と、その画像を表示するための表示装置５と、その
画像データを処理して部品の中心、傾きを検出する画像
処理装置１２とによって構成される。また、画像処理装
置１２は、格納されたテンプレートが展開されるテンプ
レートメモリ６と、ＴＶカメラ４からの画像を格納する
画像メモリ７と、作成したテンプレートを格納する不揮
発性メモリ１１と、テンプレートマッチングを演算する
演算部１０と、外部回路とのインターフェース８と、各
データの流れ、処理を制御する制御部９とから構成され
る。

【００１８】図２は、全体の作業、および処理の流れを
概略示すフローである。位置検出モジュールは様々な部
品、動作条件（演算速度優先、精度優先等）に柔軟に対
応できるよう予め作成された認識条件のデータを元に駆
動する。オペレータは、部品の特徴、動作条件を考慮
し、認識条件モジュール（データ群）を作成すること
で、システムに合わせた位置検出処理を選択することが
できる。

【００１９】以下、これらについて説明する。

【００２０】まず、ステップＳ１において、テンプレー
トマッチングによる基準ウィンドウ設定位置機能を使用
するか否かが判断される。この機能は、画像上での部品
の位置が不安定な場合においてもウィンドウ内に部品の
一部または全部が確実に存在することを保証するための
機能である。

【００２１】部品の位置が安定している場合は、この機
能を用いず、ステップＳ２に進み、基準ウィンドウを定
める。この基準ウィンドウは、既知の座標値として指定
することもできるし、部品の種類によりウィンドウ位置
を可変にできる。オペレータは、ウィンド領域を認識条
件モジュールに設定する。

【００２２】［テンプレート作成］一方、部品の位置が
不安定な場合には、ステップＳ３に進んでテンプレート
を作成する。このテンプレートの作成ルーチンが図３に
詳細に図示されている。まず予め、正常姿勢の部品を含
む画像を入力する（ステップＴ１）。この撮像は、図１
の部品撮像ステージ１にセットされた部品の全部を含む
画像をＴＶカメラ４により撮像して画像メモリ７に取り
込むことによって行なわれる。そして、この画像が表示
装置５に表示される。この画像上で部品が正常姿勢を取
っているとは限らないので、オペレータが、マンマシン
インタフェース３を介し、位置制御装置２を制御し、部
品撮像ステージ１を移動させ部品姿勢を補正する（ステ
ップＴ２、Ｔ３）。この動作時に画像は、上述したよう
にリアルタイムに画像メモリ７に取り込まれ、表示装置
５に表示される。この部品姿勢の補正の様子が図７に模
式的に図示されており、最初点線で図示された位置にあ
った部品２０の画像は、上述した補正により実線で示し
たように正常な姿勢となる。

【００２３】次にオペレータは、図８に示したように、
マンマシンインタフェース３を介して画像処理装置１２
に部品２０の一部又は全部が入るテンプレート２１を作
成するための基準点Ｒ及びエリアを指定する（ステップ
Ｔ４）。このテンプレートで確定の場合には（ステップ
Ｔ５）、画像処理装置の制御部９はこの指定をインタフ
ェース８を介して受け取り、画像メモリ７より画像デー
タを取得し、テンプレートを不揮発性メモリ１１に登録
する（ステップＴ６）。一方、登録すべきテンプレート
が未だ定まらない場合には、ステップＴ１に戻って上述
の処理を繰り返す。

【００２４】このようにしてテンプレートが作成、登録
されたら、図２のステップＳ４に戻り、テンプレートを
認識条件モジュールに設定する。続いて、図１４に関連
して説明する部品の隅点の相対位置により傾き計算機能
を使用する場合には、部品外形寸法を認識条件モジュー
ルに設定し（ステップＳ６）、そうでない場合には、こ
のステップＳ６をスキップしてステップＳ７で認識条件
のデータ群を送信し、ステップＳ８で部品の位置検出を
行なう。

【００２５】この位置検出のルーチンが図４に詳細に図
示されている。まず、ステップＲ１で示すように、ステ
ップＳ２あるいはＳ４で設定された認識条件データに従
いテンプレートを指定するか、ウィンドウ位置を指定す
る。画像上での部品位置が安定な場合には、ウィンドウ
位置が指定され、一方不安定な場合には、ステップＲ２
において基準ウィンドウ設定位置が取得される。これは
以下のような処理で行なわれる。

【００２６】［基準ウィンドウ］図９に示したように、
検査すべき部品２０の画像をＴＶカメラ４より画像メモ
リ７に取り込み、制御部９は、先に登録したテンプレー
ト２１を不揮発性メモリ１１よりテンプレートメモリ６
に展開し、演算部１０にマッチング演算処理を委ねる。
マッチング処理は、例えばテンプレートをＸ方向及びＹ
方向へ１ピクセルずつ移動させて、その都度それに対応
する領域の撮像画像との相関をとり、最も相関度が大き
い位置をマッチングがとれた位置とすることにより終了
する。制御部９は演算部１１にマッチング演算終了を確
認の後、検査すべき部品画像上のテンプレート２１の位
置を知ることができる。この位置を左上とし、テンプレ
ート幅、高さをそれぞれ幅、高さとする矩形領域を部品
の中心位置取得のための領域２２、すなわち基準ウィン
ドウとする。

【００２７】［中心位置の検出］続いて、ステップＲ２
で取得された基準ウィンドウ位置あるいは指定されたウ
ィンドウ位置に基づき、部品の中心位置が検出される
（ステップＲ３）。その詳細が図５のサブルーチンに示
されている。その実質は、ステップＲ３２に示された点
対称な２つのテンプレートによるテンプレートマッチン
グである。これは図１０、図１１に図示のごとく行なわ
れる。部品を含む画像上で、部品の一部又は全部が入る
ウィンドウ２２（領域Ａ）を上述したテンプレート２１
によるテンプレートマッチングで設定する。このウィン
ドウの実画像（あるいは基準ウィンドウそのもの）を第
１のテンプレートとし、このテンプレートに対して、点
対称（１８０度回転）な第２のテンプレート２３を作成
する（図１０）。図１１に示したように、部品の画像と
第２のテンプレート２３のマッチングがとれた段階で領
域Ｂ、すなわち第２のテンプレート領域２３を検出す
る。第１のテンプレート２２の領域内の任意の点ａとそ
の点に対応する第２のテンプレートの領域の点ｂとを結
ぶ直線の中点Ｍを部品の中心点として検出する。

【００２８】なお、ウィンドウの実画像を第１のテンプ
レートとする場合には（図５のステップＲ３０の「は
い」への分岐）、上述した点対称テンプレートによるマ
ッチングを行なって（ステップＲ３５）、中心の検出を
行なうが、基準ウィンドウそのものを第１のテンプレー
トとする場合には、部品が傾きを持ち、ステップＳ３で
作成したテンプレートとの間の回転ずれが発生する場合
がある。その回転ずれが大きな場合、マッチング精度は
低下しているのでステップＲ２で必ずしも最適の基準ウ
ィンドウ領域を設定できたとは限らない。そこで、基準
ウィンドウで得られた位置の近辺でステップＲ３２の処
理を数回繰り返し（ステップＲ３１）、ステップＲ３３
で基準ウィンドウを補正する。このうち、最も相関値が
高い組み合わせを採用し、中心位置を得ることにする
（ステップＲ３４）。

【００２９】［傾き検出］続いて、図４に戻りステップ
Ｒ４において、部品の傾きを検出する。これは、図６に
示したルーチンに従って行なわれる。部品が自身の中心
に対して点対称な図形である場合、図１２に示す部品の
中心を原点としたＸＹ座標系において、ステップＲ２で
取得した領域２２、すなわちウィンドウＡに対してＹ軸
対称な領域２４（ウィンドウＣ）を設定する。この領域
を傾き検出用のテンプレートとする（ステップＲ４
１）。部品の傾きを仮にθとすると、ウィンドウＣの図
形を部品の中心を回転中心として、−２＊θ回転させた
とき、ウィンドウＡの図形に対してＹ軸対称な図形が現
れる。

【００３０】この関係を利用し、ウィンドウＣにおいて
回転角を所定の刻み角で連続して画像を変化させる。そ
のとき得られる回転画像との間でマッチングをとり（ス
テップＲ４４）、ステップＲ４５で刻み角を更新して図
形を回転させ（ステップＲ４３）、これを繰り返す（ス
テップＲ４２）。

【００３１】回転の刻み角を更新したときのマッチング
の相関値は、図１３に図示したような分布曲線Ｃにな
り、相関値が最大となる刻み角ｉを求めることで部品の
傾きθを求めることができる（ステップＲ４６）。さら
に、精度を上げるために、最も高い相関値Ｙ1をとる位
置ｉとその両隣の刻み角（ｉ−１）、（ｉ＋１）での相
関値Ｙ2、Ｙ3とのそれぞれ差分をとりその差分値のゼロ
クロス点Ｚを求めることにより刻み角以上の分解能で傾
きθを求めることができる（Ｒ４７）。また、図１３で
点線Ｃ’で図示したように、分布曲線Ｃの微分をとりそ
のゼロクロス点を求めるようにしてもよい。

【００３２】なお、図示の例では、Ｙ軸対称のテンプレ
ート２４を作成しているが、Ｘ軸対称のテンプレートを
作成して同様にテンプレートマッチングを行なうことに
より部品の傾斜を求めることも可能である。

【００３３】傾き精度を向上させるためには、刻み角を
細かくしていけばよいがそれでは演算時間がかかってし
まう。また回転ずれが１ピクセル内に収まってしまう場
合、そのずれ量は検出できない。そこでさらに精度を向
上させたい場合には（ステップＲ４７’の「はい」への
分岐）、これまでの処理で部品の中心、ある程度の傾き
が分かっているので、部品の外形寸法を取得することに
より（ステップＲ４８）、最もずれ量が大きくなる部品
の最遠点Ｐをほぼ中心とする最良のテンプレートウィン
ドウの設定が可能となる（ステップＲ４９、Ｒ５０）。
これが、図１４に図示されている。

【００３４】たとえば、部品の外形寸法がわかっている
ので、部品の左上隅Ｐをほぼ中心にするウィンドウ
（Ｄ）３０を設定することができる。部品の画像を、こ
のウィンドウの中心を回転中心とし、−２＊θ回転さ
せ、Ｙ軸対称になるテンプレート３１を作成した場合、
そのテンプレートは部品の右上隅Ｑ付近の特徴を示すテ
ンプレートとなる。このテンプレートをＸ、Ｙ方向に移
動し、図１４の下方に図示したように、マッチングをと
ることで画像上での部品右上隅Ｑの位置を得ることがで
き、ＰＱの位置関係より傾きθを求めることができる
（ステップＲ５１、Ｒ５２）。

【００３５】ここで用いるウィンドウ３０が、図１２の
ウィンドウ２２より中心から遠くに位置するのであれ
ば、この手法により図１２、図１３で得られる以上の精
度を期待できる。このマッチング時には、最も高い相関
値をとる位置とその近傍の９つの相関値からサブピクセ
ル演算により、サブピクセル精度でその位置を求めるこ
とができ、またＰＱは最もＸ成分の差の大きい組み合わ
せであるのでマッチング誤差の影響力がより少なくな
り、よりよい精度が期待できる。このようにして、回転
量に基づいて得られた傾きを検証し、またこれを補正し
て高精度の傾きを求めることができる。

【００３６】このように、部品の位置検出が終了する
と、図２のフローに戻り、ステップＳ８に続くステップ
Ｓ９において検出結果を受信し、ステップＳ１０でその
検出結果に基づいて中心位置及び／又は傾き補正をして
部品の吸着姿勢を補正する。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
テンプレートマッチング法を用いて部品の中心並びに傾
きを精度よく検出できる。従って、チップマウンタ等に
おけるより汎用的なアルゴリズムとして実装でき、より
手軽に精度よく、電子部品の搭載が可能となる。

【００３８】また画像を回転させて傾きを求める場合、
マッチング領域とテンプレートサイズが等しくなるの
で、各検査角度につき１回の相関演算で済み、かつ画像
上からテンプレートを作成するので、正規化の必要もな
い。このため差分をマッチングの評価関数として使え、
演算時間が短縮される。また、マッチング領域が既に確
定しているので回転画像を取得する際、マッチング領域
のみの回転変換演算をすればよく、この点でも演算時間
の短縮が可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が用いられるシステムの全体構成を示し
たブロック図である。

【図２】全体の流れを示したフローチャート図である。

【図３】テンプレートの作成並びに登録を行なうルーチ
ンを示すフローチャート図である。

【図４】位置検出を行なうルーチンを示すフローチャー
ト図である。

【図５】部品の中心位置を検出するルーチンを示すフロ
ーチャート図である。

【図６】部品の傾きを検出するルーチンを示すフローチ
ャート図である。

【図７】テンプレートを作成するときの部品姿勢を補正
する状態を示す説明図である。

【図８】テンプレートの作成を示す説明図である。

【図９】基準ウィンドウ位置を取得する状態を説明する
説明図である。

【図１０】基準ウィンドウから点対称なテンプレートを
形成する状態を示す説明図である。

【図１１】点対称なテンプレートとのマッチングを示す
説明図である。

【図１２】部品の傾きを検出する状態を示す説明図であ
る。

【図１３】傾き検出時のマッチングによる相関値の分布
を示す線図である。

【図１４】他の傾き検出例を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 部品撮像ステージ ２ 位置制御装置 ３ マンマシンインターフェース ４ ＴＶカメラ ５ 表示装置 １２ 画像処理装置 ２０ 部品 ２１、２３、３１ テンプレート ２２、２４、３０ ウィンドウ

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 自身の中心について点対称形状の部品の
   画像を撮像し、 前記部品の画像の一部又は全部を含む領域を検出し、 前記部品の中心を通るＸ軸あるいはＹ軸に関して前記領
   域と対称なテンプレートを作成し、 このテンプレートと部品の画像のマッチングをとること
   により部品の傾きを検出することを特徴とする部品の位
   置検出方法。
2. 【請求項２】 自身の中心について点対称形状の部品の
   画像を撮像し、 前記部品の画像の一部又は全部を含む領域を検出し、 前記領域と点対称でかつ基準ウィンドウそのもの、ある
   いは実画像データに置き換えたテンプレートを作成し、 前記画像とこのテンプレートとのマッチングが得られた
   ときの前記領域とテンプレートの対応する２点を結ぶ中
   点を部品の中心として求め、 前記部品の中心を通るＸ軸あるいはＹ軸に関して前記領
   域と対称なテンプレートを作成し、 このテンプレートと部品の画像のマッチングをとること
   により部品の傾きを検出することを特徴とする部品の位
   置検出方法。
3. 【請求項３】 前記部品の画像を自身の中心回りに回転
   させることにより得られる画像と前記Ｘ軸あるいはＹ軸
   対称なテンプレートとのマッチングをとり、マッチング
   がとれたときの回転量に基づき部品の傾きを検出するこ
   とを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. 【請求項４】 部品の一部又は全部を含むテンプレート
   を作成し、画像とこのテンプレートとのマッチングがと
   れるテンプレート領域を前記領域とすることを特徴とす
   る請求項１から３までのいずれか１項に記載の方法。
5. 【請求項５】 前記回転が所定の刻み角で行なわれ、マ
   ッチングの相関値の差分あるいは微分を求めることによ
   り得られる最大相関値の刻み角から部品の傾きを検出す
   ることを特徴とする請求項３または４に記載の方法。
6. 【請求項６】 部品の中心からの最遠点を求め、この点
   を中心とする領域を前記求めた部品の傾きに基づいて回
   転させ、この領域のＹ軸対称又はＸ軸対称なテンプレー
   トとのマッチングをとることにより部品の傾きを求め、
   前記回転量に基づいて得られた部品の傾きを検証するこ
   とを特徴とする請求項３から５までのいずれか１項に記
   載の方法。