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JP3963520B2 - 基板マーク検出方法 - Google Patents
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JP3963520B2 - 基板マーク検出方法 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品装着機において部品の装着位置の補正を行うために、視覚認識技術を用いて装着位置補正用の基板マークの位置を検出する、基板マーク検出方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子部品装着機は、図17に示すようにプリント基板(以下単に「基板」と称する)20上の決められた位置に電子部品24を高精度に装着するものである。基板20は一枚ずつレール28に沿って装着位置に搬入され、この装着位置のテーブル27の上で電子部品24が装着され、その後、搬出用のレール23に沿って搬出される。
【0003】
詳細には、搬入された基板20はテーブル27に固定され、電子部品24は、専用のノズル25によって運ばれたうえで予め教示させられた位置へ装着される。その際、基板20の上に設けられた基板マーク21a、21bが認識カメラ26で撮像され、その画像は2次元濃淡化もしくは2次元2値化処理され、この画像処理によってこれらの基板マーク21a、21bの位置が検出される。22は認識カメラ26の視野である。そして、それらの位置を基に、教示位置からのずれを補正することにより、電子部品24の装着位置の精度を向上させる。
【0004】
基板マーク21a、21bは、電子部品24の電極が半田付けされる箇所にあたるランドや、基板20上で電子回路を形成するパターンと同時に、この基板20上に形成され、その形状は丸や四角形などの幾何学的な模様を用いるのが一般的である。通常、基板マーク21a、21bは基板20上の離れた位置に2つ設けてあり、それぞれの基板マーク21a、21bの位置を検出することにより、基板20がテーブル27に固定された際に生じる水平方向の位置ずれと角度ずれを検出し、部品24の装着時の位置を補正をすることができる。このとき、基板マーク21a、21bの位置とは、基板マーク21a、21bの中心位置を意味する。以下、前記2つの基板マークを、第1基板マーク21aおよび第2基板マーク21bと称する。
【0005】
次に、図12〜図14を用いて、従来の基板マーク教示方法の一例を説明する。
まず、図13に示すように、第1基板マーク21aが認識カメラの視野22a内に位置するように認識カメラ26を移動させ、撮像する(図12のステップ200)。次に基板マーク21aを検出するための処理エリアを示すウィンドウ30aの大きさを設定する(図12のステップ201)。次に第1基板マーク位置32aを検出し、その位置を第1基板マーク21aの教示位置とする(図12のステップ202)。図13では、第1基板マーク位置32aは認識カメラ26の視野の中心位置31aと一致している。
【0006】
次に、図14に示すように、第1基板マーク21aの場合と同様に第2基板マーク21bが認識カメラの視野22b内に位置するようにこの認識カメラ26を移動させ、撮像する(図12のステップ203)。このとき、前記と同様にウィンドウ30bの大きさを設定する(図12のステップ204)。次に第2基板マーク位置32bを検出し、その位置を第2基板マーク21bの教示位置とする(図12のステップ205)。図14では、第2基板マーク位置32bは認識カメラ26の視野の中心位置31bと一致している。
【0007】
このとき、ウィンドウ30a、30bの大きさは通常は基板マーク21a、21bの大きさを基に設定するが、基板マーク21a、21bの周囲に基板上のシルク、パターン、ランドなどが存在する場合は、それらにウィンドウ30a、30bがかからないように小さく設定する場合がある。通常、ウィンドウ30a、30bは、認識カメラの視野22の中心位置31a、31bを中心に正方形もしくは長方形の形で設定する。
【0008】
教示された2つの基板マーク21a、21bの位置は、以降の基板マーク検出時に認識カメラ26を基板マーク21の位置へ移動させるための基準の位置となる。
【0009】
なお、認識カメラ26を移動させる代わりに、認識カメラ26を固定してテーブル27を移動させてもよい。
【0010】
次に、図11、15、16を用いて、従来の基板マーク検出方法を詳細に説明する。
図11は従来の基板マーク検出方法のフローチャートを示す。
【0011】
いま、図17に示すように搬入が行われてテーブル27に基板20が固定されたとする。まず第1基板マーク21aの教示位置に認識カメラ26を移動し、撮像する(ステップ210)。次に、図15に示すように教示時に設定した大きさのウィンドウ30aを張り、その中にある第1基板マーク21aの位置32aを検出する(ステップ211)。このとき、基板マーク21aに欠損や変形などの不良があったり、ウィンドウ30a内に基板マーク21aが無かったりした場合には(ステップ212)、検出エラーとなって処理を中断する(ステップ218)。
【0012】
次に第2基板マーク21bの教示位置に認識カメラ26を移動し、図16に示すように撮像する(ステップ214)。そして教示時に設定した大きさのウィンドウ30bを視野22bの中に張り、その中にある第2基板マーク21bの位置32bを検出する(ステップ215)。正しく検出が行われたなら(ステップ216)、正常に終了する(ステップ217)。第2基板マーク21bの検出に検出エラーがあった場合には、同様に処理を中断する(ステップ218)。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】
昨今、電子機器の小型化に伴って基板上に実装される電子部品の密度が増し、基板マークの周辺にもシルクやパターンやランドが隣接する場合がある。そのような場合には、基板マークを検出するための処理エリアを指定するウィンドウを、より小さく設定する必要がある。
【0014】
しかしながら、図17において、テーブル27に固定された基板20は、その固定方法によっては常に一定の位置には固定できずに、わずかにずれが生じてしまう。基板マークを検出する際に、そのズレの多少によっては、小さく設定されたウィンドウ内に基板マークを納めることができず、基板マーク位置を検出できなくなるおそれがある。これにより、電子部品装着機がエラー停止して稼動率が低下する原因となっている。
【0015】
本発明は、上記問題点に鑑み、基板マーク周辺にシルク、ランド、パターンなどが隣接した場合にも安定した検出が可能な基板マーク検出方法を提供することを目的とする。
【0016】
【課題を解決するための手段】
この問題を解決するために本発明は、基板上の複数の基板マークのうち、認識カメラの位置が教示位置のままで検出が可能なものを先に検出し、その検出位置と教示位置とのずれ量を計算し、そのずれ量を用いて他の基板マークの教示位置を自動的に補正して、その位置に認識カメラを移動させるものである。これにより、基板が教示時の位置に対してずれて固定された場合でも、認識カメラを精度よく基板マークの位置に移動させることができ、より安定した基板マークの検出を可能にする。
【0017】
また本発明は、すべての基板マークのウィンドウを小さく設定しなくてはならない場合でも、基板マーク以外の検出しやすいマークを補助マークとして予め教示しておき、その補助マークの教示位置と検出位置とのずれ量を用いて、基板マークの検出のための認識カメラの移動位置を自動的に補正するように前記の方法を応用することで、安定した基板マークの検出を可能にする。
【0018】
【発明の実施の形態】
請求項1に記載の発明は、基板に電子部品を装着する際の装着位置の補正のために、基板に形成された基板マークを認識カメラによって検出する基板マーク検出方法であって、
複数の前記基板マークのうち、第1基板マークの教示位置に認識カメラを移動させて検出用の第1ウィンドウを設定して前記第1ウィンドウ内で前記第1基板マークを検出できるかを判断し、
前記第1ウィンドウ内で前記第1基板マークを検出できないと判断した場合には、他の前記基板マークである第2基板マークの教示位置に前記認識カメラを移動させて検出用の第2ウィンドウを設定して前記第2ウインドウ内で前記第2基板マークを検出できるかを判断し、
前記第2ウィンドウ内で前記第2基板マークを検出することができると判断した場合には、前記第2基板マークを検出するとともに、検出した前記第2基板マークの検出位置と教示位置とのずれ量を求め、前記ずれ量を用いて前記第1基板マークの教示位置を補正し、前記認識カメラを補正後の前記第1基板マークの教示位置に移動させて検出用の第3ウインドウを設定して前記第3ウインドウ内で前記第1基板マークを検出するものである。
【0025】
こうすると、第1の基板マークの検出を失敗した場合であっても、その代わりに第2の基板マークを検出し、その位置を参考に、第1の基板マークを検出するための認識カメラの移動位置を補正することで、両方の基板マークの検出が可能となる。
【0026】
請求項2に記載の発明は、第1基板マークおよび第2基板マークを検出することができないと判断した場合には、前記第1および第2基板マーク以外の、電子部品を実装する際の装着位置の補正に用いられない基板マークである補助マークの教示位置に認識カメラを移動させて、検出用の第4ウィンドウを設定して、前記第4ウィンドウ内で前記補助マークを検出し、
検出した前記補助マークの検出位置と教示位置とのずれ量を求め、前記ずれ量を用いて前記第1基板マークの教示位置および前記第2基板マークの教示位置を補正し、前記認識カメラを補正後の教示位置に移動させて、前記第1基板マークおよび第2基板マークを検出するものである。
【0027】
こうすれば、いずれの基板マークについても検出用のウィンドウが小さいなどによりこのウィンドウ内に基板マークを納めることが困難な場合でも、補助マークの検出位置を参考にして、基板マークを検出するための認識カメラの移動位置を補正することで、すべての基板マークの検出が可能となる。
【0032】
以下に、図1〜図5を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
図1は本発明の実施の形態の基板マーク検出方法の全体を示すフローチャートである。ここでステップ8およびステップ16は、2つの基板マークが検出され正常にアルゴリズムを終了した場合を示している。また、電子部品実装機については、従来例で説明した図17のものを援用する。
【0033】
図2および図3は、基板マーク21a、21bを例示する。図2では、第1基板マーク21aの周辺に、文字などのシルクや、ランドや、パターンなどが存在しないため、ウィンドウ30aを比較的大きめに設定することができる。図3では、第2基板マーク21bの周辺にシルク35、ランド33、パターン34が存在するため、これらがウィンドウ30b内に入らないように、このウィンドウ30bを小さく設定しなくてはならない。なお、31a、31bは認識カメラの視野の中心位置、32a、32bは基板マーク位置である。
【0034】
このような基板マークの教示の手順は、先に図12を参照して説明した従来例の場合と同様であり、その手順については、基板マークを図2および図3のものに置き換えて従来例の説明を援用することができる。
【0035】
次に、図1のステップ1から正常終了(ステップ18)に至る手順を説明する。いま、テーブル27に搬入された基板20が教示時の位置に対してずれて固定されたとする。図1のステップ1で第1基板マーク21aの教示の位置に認識カメラを移動させて撮像された画像は、図4のようになる。基板20は教示時と異なる位置で固定されているため、第1基板マーク21aも教示時とは異なる位置にある。しかし第1基板マーク21aは大きめに設定されたウィンドウ30aの内側にあるため、基板マークの位置32aを検出することができる(ステップ1、2、3)。
【0036】
次に、第2基板マークを検出するが、その前に、第2基板マークの教示位置の座標(SX2、SY2)を下記の式1と式2によって補正する(ステップ4)。すなわち、第1基板マークの教示位置の座標を(SX1、SY1)、ステップ2で検出された第1基板マーク21aの位置の座標を(X1、Y1)とすると、第2基板マーク21bの検出のための認識カメラの移動位置の座標(MX2、MY2)は、次の式1および式2で表される。
【0037】
MX2=SX2+(X1−SX1) 式1
MY2=SY2+(Y1−SY1) 式2
式1、式2によって補正された座標となる第2基板マーク検出位置に認識カメラを移動させ撮像したとき(ステップ5)の画像は図3のようになり、小さなウィンドウ30bの内側に第2基板マーク21bを納めることができる。ウィンドウ30b内の第2基板マーク21bの検出を行い(ステップ6)、ステップ7でその位置32bを検出できれば正常終了(ステップ8)となり、検出できなければ検出エラー(ステップ17)として処理を中断する。
【0038】
次に、上記とは逆に、第1の基板マーク21aのためのウィンドウは比較的小さく設定しなければならず、これに対し第2の基板マーク21bのためのウィンドウは比較的大きめに設定することができる場合について、図1のステップ1から正常終了(ステップ16)に至る手順で説明する。
【0039】
前記と同様に、テーブル27に搬入された基板20が、教示時の位置に対してずれて固定されたとする。このときには、ステップ1で第1基板マークの教示の位置に認識カメラを移動させて撮像された画像は、図5のようになる。この場合は第1基板マーク21aは小さいウィンドウ30aの外側にあり、この基板マーク21aの位置を検出することができない(ステップ1、2、3)。
【0040】
そこで、この場合は、続いて第2基板マークの検出を行う。ステップ9において第2基板マークの教示の位置に認識カメラを移動させて撮像した画像は、図4に示された第1基板マーク21aの場合と同様になる。すなわち第2基板マークは大きめのウィンドウの内側にあって、その位置を検出することができる(ステップ10、11)。
【0041】
次に再度第1基板マーク21aを検出するが、その際に、まず第1基板マーク21aの教示位置の座標(SX1、SY1)を、下記の式3と式4によって補正する(ステップ12)。詳細には、第2基板マークの教示位置の座標を(SX2、SY2)、ステップ10で検出された第2基板マークの位置の座標を(X2、Y2)とすると、第1基板マーク21aの検出のための認識カメラの移動位置の座標(MX1、MY1)は、次の式で表される。
【0042】
MX1=SX1+(X2−SX2) 式3
MY1=SY1+(Y2−SY2) 式4
式3、式4によって補正された第1基板マーク検出位置に認識カメラを移動させ撮像したときには(ステップ13)、図5に示す小さなウィンドウ30aの内側に第1基板マーク21aを納めることができる。なお、納まった状態の図示は省略する。そしてウィンドウ内の第1基板マークの検出を行い(ステップ14)、ステップ15で検出できれば正常終了(ステップ16)となる。検出できなければ、検出エラー(ステップ17)で処理を中断する。
【0043】
なお、この場合においても、認識カメラを移動させる代わりに、認識カメラを固定したうえでテーブルを移動させてもよい。
次に、いずれの基板マークのためのウィンドウもすべて比較的小さく設定しなければならない場合について、図6〜図10を参照して説明する。図6は、この場合の基板マーク検出方法の全体を示すフローチャートである。図7はマークの教示の手順を示すフローチャートである。図8はこの場合の基板マークの例を示す。図9はこの場合に用いる補助マークの例を示す。
【0044】
ここで補助マークとは、第1および第2基板マークの教示位置を補正するために用いられる一種の基板マークである。なお、補助マークは実際の電子部品を実装する際の装着位置の補正には用いられない。このため、第1および第2基板マークのように、電子部品の電極の半田付けが行われる箇所にあたるランドや、基板上で電子回路を形成するパターンなどとともに基板上に形成される必要はない。このため補助マークは、その周辺にシルクやランドやパターンなどが存在しない場所に存在する幾何学的パターンの中から、自由に選ぶ事ができる。その例として、基板上に白色で印刷された四角形や三角形などのシルクを用いてもよい。
【0045】
図9は補助マーク36fの一例を示すが、その周辺にシルク、ランド、パターンなどが存在しないため、比較的大きめのウィンドウ30fを設定する事ができる。31fは認識カメラの視野の中心位置を示し、37fは補助マーク36fの位置を示す。
【0046】
図8は、第1基板マーク21aの周辺にシルク35、ランド33、パターン34が存在するため、これらがウィンドウ30a内に入らないようにこのウィンドウ30aを小さく設定しなくてはならない場合を例示する。図示は省略するが、他の基板マークについても条件は同じとする。
【0047】
図7は補助マークおよび基板マークの教示の手順を示す。ここで説明する例の場合は、補助マーク、第1基板マーク、第2基板マークの3つのマークの位置を教示する。ここで、補助マークを含むこれらのマークの教示の方法は、従来例で説明した基板マークの教示の方法を援用する。
【0048】
以下、図6のステップ40からステップ51の正常終了に至る手順を説明する。
いま、テーブル27に搬入された基板20が教示時の位置に対してずれて固定されたとする。このとき、補助マーク36fの教示の位置に認識カメラを移動させて撮像した画像は図10のようになる。この図10の補助マーク36fは大きめのウィンドウ30fの内側に位置するため、補助マーク36fの位置37fを検出することができる(ステップ40、41、42)。
【0049】
次に第1基板マークを検出するが、この第1基板マークの教示位置の座標(SX1、SY1)を、補助マーク36fの教示位置と検出位置とのずれ量を用いて、次の式5と式6によって補正する(ステップ43)。すなわち、補助マークの教示位置の座標を(SX、SY)、ステップ41で検出された補助マークの位置37fの座標を(X、Y)とすると、第1基板マークの検出のための認識カメラの移動位置の座標(MX1、MY1)は、次の式で表される。
【0050】
MX1=SX1+(X−SX) 式5
MY1=SY1+(Y−SY) 式6
式5、式6によって補正された第1基板マーク検出位置に認識カメラを移動させ撮像すると(ステップ44)、その画像は図8のようになり、小さなウィンドウ30aの内側に第1基板マーク21aを納めることができる。そしてこのウィンドウ30a内の第1基板マーク21aの検出を行い(ステップ45)、ステップ46で検出できれば次の第2基板マーク検出(ステップ47以降)を実行する。第1基板マーク21aを検出できない場合は、検出エラー(ステップ52)で処理を中断する。
【0051】
上述のように第1基板マーク21aの検出ができたら、次に第2基板マークの検出を行う。まず第2基板マークの教示位置の座標(SX2、SY2)を次の式7と式8によって補正する(ステップ47)。すなわち、第2基板マークの検出のための認識カメラの移動位置の座標(MX2、MY2)は、次の式で表される。
【0052】
MX2=SX2+(X−SX) 式7
MY2=SY2+(Y−SY) 式8
式7、式8によって補正された第2基板マーク検出位置に認識カメラを移動させ撮像したとき(ステップ48)も、同様に、小さなウィンドウの内側に第2基板マークを納めることができる。そしてウィンドウ内の第2基板マークの検出を行い(ステップ49)、ステップ50で検出できれば正常終了(ステップ51)となり、できなければ検出エラー(ステップ52)で処理を中断する。
【0053】
なお、この場合も、認識カメラを移動させる代わりに、認識カメラを固定したうえでテーブルを移動させてもよい。
また、補助マークを2つ設けることにより、基板の面内における回転方向のずれの補正も行うことができる。
【0054】
【発明の効果】
以上のように本発明によれば、複数の基板マークのうち、第1基板マークの教示位置に認識カメラを移動させて検出用の第1ウィンドウを設定して前記第1ウィンドウ内で前記第1基板マークを検出できるかを判断し、前記第1ウィンドウ内で前記第1基板マークを検出できないと判断した場合には、他の前記基板マークである第2基板マークの教示位置に前記認識カメラを移動させて検出用の第2ウィンドウを設定して前記第2ウインドウ内で前記第2基板マークを検出できるかを判断し、前記第2ウィンドウ内で前記第2基板マークを検出することができると判断した場合には、前記第2基板マークを検出するとともに、検出した前記第2基板マークの検出位置と教示位置とのずれ量を求め、前記ずれ量を用いて前記第1基板マークの教示位置を補正し、前記認識カメラを補正後の前記第1基板マークの教示位置に移動させて検出用の第3ウインドウを設定して前記第3ウインドウ内で前記第1基板マークを検出するため、認識カメラの処理エリアであるウィンドウが小さく設定され、しかも基板が教示時の位置に対してずれて固定された場合でも、認識カメラを精度よく基板マークの位置に移動させることができ、より安定して基板マークを検出することができる。
【0055】
また本発明によれば、すべての基板マークのウィンドウを小さく設定しなくてはならない場合でも、基板マーク以外の検出しやすいマークを補助マークとして予め教示しておき、その補助マークの教示位置と検出位置とのずれ量を用いて、基板マークの検出のための認識カメラの移動位置を自動的に補正するように前記の方法を応用することで、安定して基板マークを検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態の基板マーク検出方法のフローチャートである。
【図2】第1の基板マークの撮像例を示す図である。
【図3】第2の基板マークの撮像例を示す図である。
【図4】第1の基板マークの他の撮像例を示す図である。
【図5】第1の基板マークのさらに他の撮像例を示す図である。
【図6】本発明の他の実施の形態の基板マーク検出方法のフローチャートである。
【図7】図6の検出方法のための教示についてのフローチャートである。
【図8】第1の基板マークの更に他の撮像例を示す図である。
【図9】補助マークの撮像例を示す図である。
【図10】補助マークの他の撮像例を示す図である。
【図11】従来の基板マーク検出方法のフローチャートである。
【図12】図11の検出方法のための教示についてのフローチャートである。
【図13】従来における第1基板マークの撮像例を示す図である。
【図14】従来における第2基板マークの撮像例を示す図である。
【図15】従来における第1基板マークの他の撮像例を示す図である。
【図16】従来における第2基板マークの他の撮像例を示す図である。
【図17】本発明の方法を適用可能な従来の部品装着機を示す斜視図である。
【符号の説明】
20 プリント基板
21a 基板マーク
21b 基板マーク
30a ウィンドウ
36f 補助マーク
37f 補助マーク位置

Claims (2)

  1. 基板に電子部品を装着する際の装着位置の補正のために、基板に形成された基板マークを認識カメラによって検出する基板マーク検出方法であって、
    複数の前記基板マークのうち、第1基板マークの教示位置に認識カメラを移動させて検出用の第1ウィンドウを設定して前記第1ウィンドウ内で前記第1基板マークを検出できるかを判断し、
    前記第1ウィンドウ内で前記第1基板マークを検出できないと判断した場合には、他の前記基板マークである第2基板マークの教示位置に前記認識カメラを移動させて検出用の第2ウィンドウを設定して前記第2ウインドウ内で前記第2基板マークを検出できるかを判断し、
    前記第2ウィンドウ内で前記第2基板マークを検出することができると判断した場合には、前記第2基板マークを検出するとともに、検出した前記第2基板マークの検出位置と教示位置とのずれ量を求め、前記ずれ量を用いて前記第1基板マークの教示位置を補正し、前記認識カメラを補正後の前記第1基板マークの教示位置に移動させて検出用の第3ウインドウを設定して前記第3ウインドウ内で前記第1基板マークを検出する基板マーク検出方法。
  2. 第1基板マークおよび第2基板マークを検出することができないと判断した場合には、前記第1および第2基板マーク以外の、電子部品を実装する際の装着位置の補正に用いられない基板マークである補助マークの教示位置に認識カメラを移動させて、検出用の第4ウィンドウを設定して、前記第4ウィンドウ内で前記補助マークを検出し、
    検出した前記補助マークの検出位置と教示位置とのずれ量を求め、前記ずれ量を用いて前記第1基板マークの教示位置および前記第2基板マークの教示位置を補正し、前記認識カメラを補正後の各教示位置に移動させて、前記第1基板マークおよび第2基板マークを検出する請求項1記載の基板マーク検出方法。
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