JP4226866B2 - 実装機の部品認識装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、実装機の部品認識装置、さらに詳細には、部品実装機で基板に搭載される部品の吸着姿勢（部品の中心位置、吸着傾きなど）を認識する実装機の部品認識装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、部品実装機においてプリント基板に電子部品（以下単に部品という）を精度良く搭載するために、吸着ノズルにより吸着された部品をプリント基板に搭載する前にＣＣＤカメラなどの撮像装置により部品を撮像し、吸着姿勢を認識して吸着時の位置ずれなど量を計算しそれを補正することにより正確に部品をプリント基板に搭載している。
【０００３】
このような実装機において部品を認識する場合、例えば、図７（Ａ）に示すようなコネクタ部品３０は部品外形サイズ、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予め登録されており、この情報を元に認識装置は部品の位置決めを行っている。また、図７（Ｂ）に示すようなパネル状の部品３１は部品の辺やコーナーの情報を予め登録しこの情報を元に部品の位置決めを行っている。
【０００４】
また、種々の部品を認識するために、部品の画像をテンプレートとして登録し、このテンプレートと部品画像とのテンプレートマッチングにより部品の位置を認識していることが特許文献１、２に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特願平６−８９３４１号公報（図１）
【特許文献２】
特願平８−３１３２２７号公報（請求項１、図５）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図７（Ｃ）に示すような部品２０のように、形状がリード本数、リードピッチ、リード長さ、リード幅、または辺、コーナーなど幾何学的な形状で表現できない形をした部品は諸元を登録できないため、従来の方法では高精度で認識できず、搭載精度が悪くなるという問題点があった。また、幾何学的形状を定義できる部品は定義時の角度が予め設定されているという前提であるため認識時に角度の計算が可能であるが、例えば幾何学的形状が記述できない部品の画像そのものをテンプレートデータとして登録する場合、登録時の角度等が分からないために、テンプレートマッチングを行っても部品の姿勢を認識できない、という問題点があった。
【０００７】
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、幾何学的形状を定義できないような部品であっても、部品の姿勢を高精度で認識できる実装機の部品認識装置を提供することをその課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、
実装機で基板に搭載される部品の吸着姿勢を、部品を基板に搭載する前に認識するための実装機の部品認識装置において、
部品の画像を、部品を基板に搭載しない状態で取得する撮像装置と、
データによる幾何学的形状の記述が困難な部品の場合に、予め仮に部品を基板に正規の姿勢で手動により搭載し、この状態で部品を吸着ノズルで吸着して撮像装置で撮像された部品画像、あるいは、部品を基板に搭載すべき角度を示すクロスカーソルをモニタに表示し、部品の画像を、このクロスカーソルに合わせて、実際に部品が正規の姿勢で基板に搭載されるときの部品画像から、該部品のテンプレートを作成する手段と、
作成されたテンプレートを格納する格納手段と、
吸着された、データによる幾何学的形状の記述が困難な部品を基板に搭載する前に撮像し、該吸着された部品の画像と格納手段から読み出されたテンプレートとのテンプレートマッチングにより該部品の吸着姿勢を認識する手段と、
を有する構成を採用している。
【０００９】
このような構成では、幾何学的形状を定義できないような部品でも、基板に搭載されるときの正規の姿勢の部品データをテンプレートとして登録することができるので、種々の部品の吸着姿勢を高精度で認識することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
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１は、本発明に係わる部品実装機（部品実装装置）の概要図であり、図２はその制御構成を示すブロック図である。部品実装機は、フィーダあるいはトレイのような部品供給部９より供給される部品（電子部品）２０を吸着する吸着ノズル３ａを備えたヘッド部３を有しており、このヘッド部３はＣＰＵで構成されるコントローラ１０により駆動されるＸ軸モータ１１によってＸ軸１に沿って移動し、またＸ軸１は、Ｙ軸モータ１２によりＹ軸２、２’に沿って移動できるようになっており、それによりヘッド部３は、ＸＹ軸方向に移動可能に構成される。またヘッド部３は、Ｚ軸モータ１３によってＺ軸方向に駆動されて昇降し、また吸着ノズル３ａはθ軸モータ１４によってノズル軸を中心に回転できるように構成されている。吸着ノズルは、図１では、一個だけ図示されているが、ヘッド部３に複数個設けることができ、その場合には、部品を複数の吸着ノズルで同時吸着することができる。
【００１２】
また、部品実装機には、部品２０を撮像するＣＣＤカメラのようなレンズ５ａを備えた撮像装置５が配置され、ヘッド部３は、部品吸着後撮像装置５に移動して、照明装置１５により照明された部品２０が撮像装置５により撮像され、その画像が取得される。取得された部品の画像は、ＣＰＵ７ａ、画像メモリ７ｂ、Ａ／Ｄ変換器７ｃ、テンプレートメモリ（格納手段）７ｄを備えた画像認識装置７に入力される。画像認識装置７のＣＰＵ７ａは、設定された領域の画像を取り込んで公知のアルゴリズムにより、あるいはテンプレートメモリ７ｄあるいは外部の記憶装置２３に格納され部品のテンプレートとのテンプレートマッチングにより部品の吸着姿勢を認識し、部品中心と吸着中心の位置ずれ、並びに吸着角度ずれを演算する。ＣＰＵからなるコントローラ１０は、Ｘ軸、Ｙ軸、θ軸モータ１１、１２、１４を駆動するときこの位置ずれを補正し、搬送されてくる基板６に部品２０を搭載する。
【００１３】
また、部品実装機には、部品データを入力するためのキーボード２１、マウス２２などの入力装置が設けられ、生成された部品データが、ハードディスク、フラッシュメモリなどで構成される記憶装置２３に格納できるようになっている。部品データは、このように入力装置を介さず、部品実装装置に接続されたホストコンピュータ（不図示）から供給されるものを記憶装置２３に格納しておくようにしてもよい。また、モニタ（表示器）２４が設けられ、この画面には、部品データ、演算データや撮像装置５で撮像した部品画像、部品のテンプレート画像などが表示できるようになっている。
【００１４】
図３には、吸着ノズル３ａに吸着された部品２０が、照明装置１５により照明され、撮像装置５により撮像される状態が図示されている。撮像された画像は、信号線７ｅを介して画像認識装置７に入力され、Ａ／Ｄ変換器７ｃを介してデジタル信号に変換された後、画像メモリ７ｂに格納される。また、ＣＰＵ７ａは、部品データ登録時、部品が正規に搭載されるときの角度（姿勢）に設定された部品の画像から、その部品のテンプレートを作成し、これをテンプレートメモリ７ｄあるいは記憶装置２３に格納する。また、ＣＰＵ７ａは、部品搭載時、吸着ノズル３ａで吸着された部品の画像を取得してこれを画像メモリ７ｂに格納し、この格納された画像と、テンプレートメモリから読み出されたその部品のテンプレートとのテンプレートマッチングにより部品の姿勢を認識し、中心位置、吸着傾きなどを演算する。従って、ＣＰＵ７ａは、テンプレート作成手段、部品の姿勢認識手段となる。部品データ登録時、並びに部品搭載時に、処理される画像はモニタ２４に表示させることができる。
【００１５】
本発明は実装機において、例えば、図７（Ｃ）に示したように、幾何学的形状の記述が困難な部品でも部品データを、テンプレートデータとして登録することを可能とし、実装機が本発明による認識システムを有することにより幾何学的形状にて表現が不可能な形状の部品も搭載をすることができるようになる。
【００１６】
以下に、部品データ登録と部品搭載の流れを図５、図６のフローチャートを参照して説明する。
【００１７】
図５は、部品データを登録するときの流れを示すもので、通常、図７（Ａ）、（Ｂ）に示すような部品３０、３１を登録する場合には、キーボード２１などの入力装置を用いて、部品外形サイズ、リードの本数、リード長さ、リードピッチ、リード幅情報などを入力し、これらを部品データとして記憶装置２３に登録する。しかし、図７（Ｃ）に示すような部品２０の場合には、そのデータを幾何学的な形状で表現できないため、撮影装置５で取得した画像をテンプレートとして登録しこれを部品データとする。そのため、部品２０のデータを登録する場合は、実装機のメインコントローラ１０により部品吸着ノズル３ａが部品供給部９より部品２０を吸着し（ステップＳ１）、吸着ノズル３ａが撮像装置５の位置に移動し、部品２０が撮像装置５により撮像され（ステップＳ２）、その画像が画像メモリ７ｂに格納される。
【００１８】
撮像後、部品を基板に搭載すべき角度を示すクロスカーソル４４をモニタ２４に表示し、部品の画像を、このクロスカーソルに合わせて、搭載すべき角度、すなわち、実際に部品が正規の姿勢で基板に搭載されるときの部品の姿勢に設定する（ステップＳ３）。搭載すべき角度は、ヘッド部３に取り付けられたカメラ（不図示）で、予め部品２０の基板の搭載位置を表示し、その搭載角度に合わせクロスカーソル４４を表示するなどにより決定し、その決定された角度でクロスカーソル４４をモニタ２４に表示する。例えば、図５の例では、搭載すべき部品の角度（姿勢）は、モニタ２４の表示画面４２に示したように、部品２０の端子孔２０ａと２０ｂを結ぶ線が水平となる角度なので、クロスカーソル４４は、水平線と垂直線のクロス線として表示される。従って、撮像直後では、表示画面４０に示したようなクロスカーソル４４と部品２０の撮像画像がモニタ２４に表示される。
【００１９】
続いて、吸着ノズル３ａをθ軸モータ１４で回転させることにより撮像装置５で撮像された部品２０の画像を回転させ、表示画面４１に示したように部品の端子孔２０ａ、２０ｂを結ぶ線が、カーソルの水平線と平行となるように回転させる。これにより、部品画像が、搭載すべき角度に設定される。
【００２０】
このように、搭載すべき角度が０，９０，１８０，２７０度であれば、部品を回転させるだけで良い。また、ＣＡＤデータなどで搭載すべき角度が既知の場合はこれを入力するなどの方法にて搭載すべき角度を設定しクロスカーソル４４をモニタ２４に表示しても良い。
【００２１】
また、予め部品を基板に正規の姿勢で手動により搭載し、この状態で部品を吸着ノズルで吸着して撮像装置で撮像することにより、部品画像を、搭載すべき角度に設定することができる。例えば、図４に示したように、部品２０を基板６に手により正規の姿勢で搭載し、これを吸着ノズル３ａで吸着して撮像装置５で撮像する。この場合には、モニタ２４の画面には、正規の姿勢で搭載される部品の画像がそのまま表示されるので、画像を回転させることなく部品画像が搭載すべき角度に設定されることになる。
【００２２】
次に部品認識時に基準となる位置をクロスカーソルにて設定する（ステップＳ４）。基準位置は表示画面４２に示したような位置なので、クロスカーソル４４を部品のほぼ中心に設定する。このように、角度、基準位置決定後、部品のテンプレートデータを取得するために、部品外形を含むように領域４５を設定しテンプレート生成エリアを形成する（ステップＳ５）。ＣＰＵ７ａは、領域４５の部品の画像からテンプレートデータを作成し、これをテンプレートメモリ７ｄあるいは外部の記憶装置２３に格納する（ステップＳ６）。この場合、テンプレートデータは、例えば特開２００１−２５１０９７号公報に記載されているように、部品の特徴部を抽出したものをテンプレートデータとすることができる。
【００２３】
このように、幾何学的形状にて表現が困難な部品の認識基準位置、搭載角度、テンプレートとしての特徴量を取得した後、各々のデータを記憶装置に保存し、本部品を認識、搭載する時の部品データとする。
【００２４】
実際の部品搭載には、図６に示したように、部品を部品供給部９から吸着ノズル３ａで吸着し（ステップＳ１０）、これを撮像装置５の位置に移動させて撮像し（ステップＳ１１）、画像認識装置７のＣＰＵ７ａにより、撮像した部品の画像と、記憶装置２３ないしテンプレートメモリ７ｄから読み出された部品のテンプレートデータとのテンプレートマッチングを行い、部品の吸着姿勢を認識する（ステップＳ１２）。テンプレートマッチングは、公知の種々のものが利用でき、部品の特徴部を抽出したものがテンプレートとして登録されている場合は、特開２００１−２５１０９７号公報に記載されているようなテンプレートマッチングを用いることができる。
【００２５】
部品認識により吸着部品の位置ずれ、吸着傾きが計算できるので、これらの位置ずれ、吸着傾きを補正して部品を基板に搭載する（ステップＳ１３）。図６の流れは、一つの基板の生産に必要な部品の全てが搭載されるまで繰り返される。
【００２６】
以上説明した実施形態では、テンプレートデータは、実装機における部品登録作業において取得しているが、それ以外に部品の画像データ、ＣＡＤデータなどをオフラインのパソコンなどにおいて表示し、搭載すべき角度が既に既知であればその角度に画像を回転させ、角度と基準位置の決定をし、テンプレートデータを取得するようにしても良い。
【００２７】
【発明の効果】
以上説明したように本発明によれば、実装機において幾何学的形状表現が困難な部品の認識搭載を行う際、搭載すべき角度に設定された部品画像から部品のテンプレートを作成してそれを登録するようにしているので、基板に搭載されるときの正規の姿勢の部品データをテンプレートとして登録することができ、種々の部品の吸着姿勢を高精度で認識して部品を正確に基板に搭載することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用される部品実装機の概略構成を示した上面図である。
【図２】部品実装機のシステム構成を概略示したブロック図である。
【図３】撮像装置により撮像された部品の画像を認識処理する画像認識装置の構成を示した構成図である。
【図４】部品を手動で基板に正規の姿勢で搭載したときの状態を示す説明図である。
【図５】部品の画像をテンプレートとして登録する流れを示すフローチャートである。
【図６】部品の基板への搭載の流れを示したフローチャートである。
【図７】種々の部品の形状を示した説明図である。
【符号の説明】
３ ヘッド部
３ａ 吸着ノズル
５ 撮像装置
７ 画像認識装置
７ｂ 画像メモリ
７ｄ テンプレートメモリ
１０ コントローラ
２０、３０、３１ 電子部品
２３ 記憶装置

Claims (1)

1. 実装機で基板に搭載される部品の吸着姿勢を、部品を基板に搭載する前に認識するための実装機の部品認識装置において、
   部品の画像を、部品を基板に搭載しない状態で取得する撮像装置と、
   データによる幾何学的形状の記述が困難な部品の場合に、予め仮に部品を基板に正規の姿勢で手動により搭載し、この状態で部品を吸着ノズルで吸着して撮像装置で撮像された部品画像、あるいは、部品を基板に搭載すべき角度を示すクロスカーソルをモニタに表示し、部品の画像を、このクロスカーソルに合わせて、実際に部品が正規の姿勢で基板に搭載されるときの部品画像から、該部品のテンプレートを作成する手段と、
   作成されたテンプレートを格納する格納手段と、
   吸着された、データによる幾何学的形状の記述が困難な部品を基板に搭載する前に撮像し、該吸着された部品の画像と格納手段から読み出されたテンプレートとのテンプレートマッチングにより該部品の吸着姿勢を認識する手段と、
   を有することを特徴とする実装機の部品認識装置。

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