JP5457665B2 - 電子部品装着装置 - Google Patents

Description

本発明は、Ｘ方向及びＹ方向に走行される部品装着ヘッドを用いて電子部品をプリント基板に装着する電子部品装着装置に関するものであり、特に部品装着のために部品位置を部品位置認識用のカメラで認識する際生じるカメラ姿勢及びレンズ歪に起因する画像歪を補正する画像歪補正方法に関する。

基板や電子部品などのワークの位置計測に使用されるカメラの中でも、特に電子部品装着装置など高精度な位置計測を必要とするものは、カメラのレンズに起因する画像歪の補正が行われている。

特開平６−２４１７２４号公報（特許文献１）には、所定ピッチで標準面上に分布した複数の標準物を撮影し、撮影画面上の複数の標準物像を摘出し、摘出した複数の標準物像の重心位置をそれぞれ算出し、撮影画面上の標準物像それぞれの重心位置に、標準面上の標準物それぞれに定まった基準座標値を割り付け、撮影画面上の座標を校正済座標に変換する変換式に、各重心位置およびそれに割り付けられた基準座標値を代入し、複数の、重心位置とそれに割り付けられた基準座標の対応を規定する、前記変換式の定数を算出し、メモリ手段に記憶する撮影画面の歪補正方法が記載されている。

特開平６−２４１７２４号公報 近津博文、国井洋一、中田隆司、"デジタル写真測量からみた３００万画素デジタルスチルカメラの精度検証"、写真測量とリモートセンシング、Ｖｏｌ．４０，ＮＯ．２，２００１，ｐｐ．３３−３８

上記特許文献１においては画像歪の校正手順は開示されているが、撮像に起因する量子化誤差を抑え校正結果を安定にする方法に関しては開示されていない。このため特許文献１に記載の校正方法では、歪校正を行う度に異なる歪補正結果が得られ、そのためこの歪補正データを用いた位置計測では再現性の高い計測が困難であるという課題がある。

本発明の目的は、上記課題を解決するために、部品装着ヘッドの吸着ノズルに吸着された電子部品の位置を、量子化誤差が伴うＣＣＤ型センサあるいはＭＯＳ型センサのカメラを用いて高精度に認識し、その結果高精度な搭載位置精度を実現した電子部品装着装置及び電子部品の位置をカメラで認識する際生じるカメラ姿勢及びレンズ歪に起因する画像歪補正方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、電子部品を吸着する吸着ノズルを有してＸ方向及びＹ方向に移動する部品装着ヘッドと、前記部品装着ヘッドの前記吸着ノズルに吸着された電子部品を（Ｉ，Ｊ）座標系で規定される撮像面で撮像して前記電子部品の画像を取得する部品位置認識用のカメラと、該部品位置認識用のカメラから取得される前記電子部品の画像に対して予め算出して記憶部に記憶された歪補正データに基づいて歪補正を実行し、該歪補正が実行された画像に基づいて前記電子部品の位置を認識する画像処理部とを備えた電子部品装着装置であって、前記電子部品装着装置は、前記部品装着ヘッドを垂直軸周りに回転する、あるいは、前記部品吸着ノズルを垂直軸線周りに回転する回転駆動手段と、予め、（ｘ，ｙ）座標系で規定される歪補正パターンに関する情報を記憶する記憶部と、前記歪補正パターンが形成された歪補正治具を前記部品吸着ノズルを用いて保持し、保持された歪補正治具を前記回転駆動手段によって前記補正治具を所定の角度まで回転し、回転した前記歪補正治具の歪補正パターンを前記カメラによって撮像し、撮像された前記歪補正パターンと、前記歪補正パターンに関する情報と、を用いることによって前記歪補正データを算出して前記記憶部に記憶することを特徴とする。

また、本発明は、前記画像処理部において、前記部品位置認識用のカメラで撮像して取得される量子化誤差が相殺される歪補正パターンの画像を基に前記歪補正データを算出する際、前記歪補正パターンの格子点列パターンに対して最小自乗近似を用いて前記歪補正データを算出することを特徴とする。

また、本発明は、前記電子部品装着装置において、さらに、前記歪補正パターンを前記部品位置認識用のカメラで撮像する際、前記歪補正パターンが規定される（ｘ，ｙ）座標系を前記部品位置認識用のカメラの撮像面で規定される（Ｉ，Ｊ）座標系に対して所定の角度回転させた状態に制御する制御手段を有することを特徴とする。また、本発明は、前記制御手段が、前記歪補正治具を保持した前記部品装着ヘッドを垂直軸回りに回転させるモータを含むことを特徴とする。

また、本発明は、前記歪補正治具の外形基準を前記歪補正パターンが規定される（ｘ，ｙ）座標系に対して前記所定の角度回転させて形成し、該形成された前記歪補正治具の外形基準を前記部品装着ヘッドに位置決めして保持することを特徴とする。

また、本発明は、前記歪補正パターンが、前記（ｘ，ｙ）座標系で規定される格子点列上に点対称の図形又はｘ、ｙ方向に対して線対称の図形を配置して形成されることを特徴とする。また、本発明は、前記部品位置認識用のカメラが、ＣＣＤ型センサあるいはＭＯＳ型センサを用いて構成されることを特徴とする。

また、本発明は、カメラで取得される計測対象の画像に対して予め算出して記憶部に記憶された歪補正データに基づいて歪補正を行う画像歪補正方法であって、前記部品装着ヘッドを垂直軸周りに回転させる、あるいは、前記部品吸着ノズルを垂直軸線周りに回転させて、予め、（ｘ，ｙ）座標系で規定される歪補正パターンを記憶し、前記歪補正パターンが形成された歪補正治具を前記部品吸着ノズルを用いて保持し、保持された歪補正治具を前記回転駆動手段によって前記補正治具を所定の角度回転し、回転させられた前記歪補正治具の歪補正パターンを（Ｉ，Ｊ）座標系として撮像し、前記（Ｉ，Ｊ）座標系と、記憶された前記（ｘ，ｙ）座標系と、を比較することによって回転方向のずれ量を検出し、前記ずれ量を用いて前記歪補正データを算出して前記記憶部に記憶すること特徴とする。
また、本発明は、電子部品を保持する保持手段と、前記保持手段を有する部品装着ヘッドと、前記電子部品の位置を認識する撮像手段と、を有し、基板に前記電子部品を装着する電子部品装着装置であって、予め、撮像した画像との比較を行う歪補正パターンの情報を記憶する記憶手段と、前記吸着ノズルあるいは前記部品装着ヘッドを垂直軸方向に回転させる回転駆動手段と、前記保持手段に保持された前記歪補正パターンを有する歪補正治具を前記回転駆動手段によって所定の角度を回転させ、回転した前記歪補正パターンを有する歪補正治具を撮像手段によって撮像し、撮像された歪補正パターンと記憶された歪補正パターンとを比較することによって、撮像手段によって得られる画像に歪補正を行う制御手段と、を有することを特徴とする。

本発明によれば、カメラのレンズに起因する歪補正を行うための歪補正データを算出する際、計測対象となる画像歪補正治具の撮像時に生ずる量子化誤差を低減することが可能となり、歪補正毎（部品装着ヘッド交換毎）の歪補正データのばらつきが低減され、結果として再現性の高い部品位置計測に基づいた高精度な電子部品装着が可能となる。

［第１の実施の形態］
本発明に係る電子部品装着装置の第１の実施の形態について図１乃至図１４を用いて説明する。

図１は本発明に係る電子部品装着装置１０１の構成を示す平面図で、該電子部品装着装置１０１の基台１０２上には種々の電子部品を夫々その部品取出し部（部品吸着位置）に１個ずつ供給する部品供給ユニット１０３が複数並設される。プリント基板Ｐについては、供給コンベア１０４と位置決め部１０５と排出コンベア１０６とを設けて構成される。供給コンベア１０４は上流より受けたプリント基板Ｐを前記位置決め部１０５に搬送し、該位置決め部１０５ではプリント基板Ｐを位置決め機構（図示せず）により位置決めし、該位置決めされたプリント基板Ｐ上に電子部品を装着した後プリント基板Ｐは排出コンベア１０６に搬送される。

Ｘ方向に長いビーム１０８は、Ｙ軸モータ１０９を駆動して各ネジ軸１０１０を回転させることによって左右一対のガイド１０１１に沿ってプリント基板Ｐの上方と部品供給ユニット１０３の部品取出し部（部品吸着位置）の上方との間をＹ方向に移動するように構成される。そして、前記ビーム１０８には、Ｘ軸モータ１０１２（図示せず）を駆動することによって、部品装着ヘッド１０７がその長手方向、即ちＸ方向にガイド（図示せず）に沿って移動するように設けられている。さらに、部品装着ヘッド１０７には１２本の吸着ノズル１０１３の各々を上下動させるための上下軸モータ１０１４（図示せず）が１２個搭載され、また１２本の吸着ノズル１０１３の各々を鉛直軸周りに回転させるためのθ軸モータ１０１５（図示せず）が１２個搭載されている。したがって、部品装着ヘッド１０７の１２本の各吸着ノズル１０１３は、部品装着ヘッド１０７のＸ方向及びＹ方向の移動と共にＸ方向及びＹ方向に移動可能であり、鉛直軸線回りに回転可能で、かつ上下動可能となっている。また、垂直軸回りに回転可能に構成された円形の部品装着ヘッド１０７については円形を中心（垂直軸）として回転可能とするためのθ軸モータ１０１６が別途設けられている。

部品装着ヘッド１０７の各吸着ノズル１０１３に吸着された電子部品の位置を認識する部品位置認識用のカメラ１０１７は、電子部品装着装置１０１の基台１０２上に設けて構成される。即ち、部品位置認識用のカメラ１０１７はカメラ座標系（Ｉ，Ｊ）において各吸着ノズル１０１３に吸着保持された各電子部品を撮像して前記電子部品の画像を取得し、画像処理部２０１１等は前記部品位置認識用のカメラ１０１７から取得される前記電子部品の画像に対して予め算出してＲＡＭ（記憶部）２０２に記憶された歪補正データ（定数ｋ１，ｋ２，ｋ３等）に基づいて後述する（１）式を用いて画像歪補正を実行し、該画像歪補正が実行された（ｘ，ｙ）座標系の画像に基づいて各電子部品が各吸着ノズル１０１３に対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかをＸＹ方向及び回転角度について位置認識することになる。

図２は本発明に係る電子部品装着装置１０１の制御ブロックを示す図である。Ｘ軸モータ１０１２は、部品装着ヘッド１０７についてビーム１０８上をガイドに沿ってＸ方向に移動させるための回転駆動源である。Ｙ軸モータ１０９は、ビーム１０８を左右一対のガイド１０１１に沿ってＹ方向に移動させるための回転駆動源である。θ軸モータ１０１６は、部品装着ヘッド１０７を垂直軸回りに回転させるための回転駆動源である。θ軸モータ１０１５は、各吸着ノズル１０１３を鉛直軸線回りに回転させるための回転駆動源である。上下軸モータ１０１４は、各吸着ノズル１０１３を上下動させる回転駆動源である。なお、Ｘ軸モータ１０１２、Ｙ軸モータ１０９、θ軸モータ１０１６、１０１５及び上下軸モータ１０１４については、便宜上各１個のみ図示して以下説明する。

２０１は本発明に係る電子部品装着装置１０１を統括制御する制御部及び演算手段としてのＣＰＵ（装着制御部）で、該ＣＰＵ２０１にはバスラインを介して、ＲＡＭ（ランダム・アクセス・メモリ）２０２及びＲＯＭ（リ−ド・オンリー・メモリ）２０３が接続されている。そして、ＣＰＵ２０１は、前記ＲＡＭ２０２に記憶されたデータに基づき、前記ＲＯＭ２０３に格納されたプログラムに従い、電子部品装着装置１０１の部品装着動作に係る動作を統括制御する。

即ち、ＣＰＵ２０１は、インターフェース２０４及び駆動回路２０５を介して前記Ｘ軸モータ１０１２の駆動を、インターフェース２０４及び駆動回路２０６を介して前記Ｙ軸モータ１０９の駆動を、またインターフェース２０４及び駆動回路２０７を介して前記θ軸モータ１０１５、１０１６の駆動を、更にインターフェース２０４及び駆動回路２０８を介して前記上下軸モータ１０１４の駆動を制御している。

前記ＲＡＭ２０２には、図３に示すような部品装着に係る装着データが格納されており、その装着順序毎（ステップ番号毎）に、プリント基板内でのＸ方向（Ｘで示す）、Ｙ方向（Ｙで示す）及び角度（Ｚで示す）情報や、Ｆｄｒ Ｎｏ．で示す各部品供給ユニット３の配置番号及び電子部品の種類情報等が格納されている。即ち、例えば配置番号１０１は電子部品がＰ１という種類のものである。また前記ＲＡＭ２０２には、各電子部品の部品種毎にＸ方向及びＹ方向の部品寸法、その許容値が格納されている。

２０１１はインターフェース２０４を介して前記ＣＰＵ２０１に接続される画像処理部で、前記カメラ１０１６により撮像して取込まれた画像処理が行われ、ＣＰＵ２０１に処理結果が送出される。即ち、ＣＰＵ２０１は、部品位置認識用のカメラ１０１７にて撮像された画像を処理（部品吸着ヘッド１０７の各吸着ノズル１０１３に吸着保持された電子部品の位置ずれ量の算出やカメラ１０１６で撮像された（Ｉ，Ｊ）座標系での画像に対する画像歪補正など）するように指示を画像処理部２０１１に出力すると共に、処理結果を画像処理部２０１１から受取るものである。

２０１０はキーボードドライバ２０９及びインターフェース２０４を介して前記ＣＰＵ２０１に接続されるデータ登録手段としてのキーボードで、２１０は部品画像などを表示するモニターである。また、前記データ登録手段としてのキーボード２０１０に代えてタッチパネルなどの手段を用いても良い。

以上の構成に基づき部品の搭載動作について図４に沿って説明する。先ず、プリント基板Ｐが図示しないコンベアにより上流側装置より供給コンベア１０４を介して位置決め部１０５に搬送され、位置決め機構（図示せず）により位置決め固定される（Ｓ４１）。

次に、ＣＰＵ２０１はＲＡＭ２０２に格納されている図３に示す装着データを読み出し（Ｓ４２）、即ちＲＡＭ２０２にステップ番号毎に格納されたプリント基板Ｐの装着すべきＸＹ座標位置、各吸着ノズルの回転軸である鉛直軸線回りへの回転角度位置及び配置番号等が指定された装着データを読み出し、吸着ノズル１０１３で装着すべき電子部品を所定の部品供給ユニット１０３から吸着して取出す（Ｓ４３）。即ち、部品装着ヘッド１０７は装着すべき電子部品を収納する各部品供給ユニット１０３の上方に位置するよう移動するが、Ｙ方向については駆動回路２０６によりＹ軸モータ１０９を駆動してビーム１０８を一対のガイド１０１１に沿って移動させ、Ｘ方向については駆動回路２０５によりＸ軸モータ１０１２を駆動して部品装着ヘッド１０７がビーム１０８上を移動する。そして、既に所定の各供給ユニット１０３は駆動されて部品吸着位置にて部品が取出し可能状態にあるため、駆動回路２０８により上下軸モータ１０１４が駆動して前記各吸着ノズル１０１３が下降して電子部品を吸着して取出す。

次に、各上下軸モータ１０１４により駆動されて電子部品を吸着保持した吸着ノズル１０１３が上昇し、Ｙ方向には一対のガイド１０１１に沿ってビーム１０８が移動し、Ｘ方向にはＸ軸モータ１０１２の駆動によりガイド１０１１に沿って部品装着ヘッド１０７が移動することにより、部品装着ヘッド１０７はプリント基板Ｐの上方位置に移動開始する（Ｓ４４）。

この移動途中のカメラ１０１７の上方位置において、部品装着ヘッド１０７の各吸着ノズルに吸着保持された電子部品は部品位置認識用のカメラ１０１７により（Ｉ，Ｊ）座標系で撮像され、画像処理部２０１１はカメラ１０１７により（Ｉ，Ｊ）座標系で撮像した画像に対して例えばＲＡＭ２０２に予め記憶された歪補正データ（定数ｋ１，ｋ２，ｋ３等）を基に後述する（１）式に基づいてカメラ１０１７が持っているカメラ姿勢、レンズ歪に起因する画像歪を高精度に補正し、該画像歪が補正された（ｘ，ｙ）座標系の画像を基に電子部品が吸着ノズル１０１３に対してどれだけ位置ずれして吸着保持されているかを画像処理してＸＹ方向及び回転角度について位置認識される（Ｓ４５）。

ＣＰＵ２０１は、上記認識された電子部品の位置ずれ量に基づき、ＲＡＭ２０２にステップ番号毎に格納された装着すべきＸＹ座標位置、鉛直軸線回りへの回転角度位置に補正を加える（Ｓ４６）。即ち、部品のＸＹ方向の位置ずれはＸ軸モータ１０１２及びＹ軸モータ１０９の各々を駆動回路２０５及び２０６の各々を介して補正制御し、部品の回転ずれはθ軸モータ１０１５を駆動回路２０７を介して補正制御することで、部品をプリント基板Ｐ上の所望の位置に搭載する（Ｓ４７）。

このため、部品位置認識用のカメラ１０１７により撮像される画像に基づく部品位置の認識は高い精度が要求される。このため、予め撮像画像に含まれるカメラ姿勢、レンズ歪に起因する画像歪を高精度に補正する必要がある。

以上、図３に示す装着データに記録された部品全てに対し順次実行し（Ｓ４８）、全ての部品の搭載を終了したらプリント基板Ｐを位置決め部１０５から排出コンベア１０６を介して下流側装置に搬送する（Ｓ４９）。

次に、本発明の特徴とする部品位置認識用のカメラ１０１７が撮像する撮像画像に含まれるカメラ姿勢、レンズ歪に起因する画像歪データを予め算出しておく実施の形態について説明する。ところで、本発明に係る電子部品装着装置１０１の部品位置認識に用いられるＣＣＤ型センサあるいはＭＯＳ型センサを用いたカメラ１０１７では撮像面が画素と呼ばれる空間的に離散化された単位で構成されているため、これらのセンサを用いた位置計測では量子化誤差が伴う。このため、カメラ１０１７のレンズに起因する歪補正を、図６に示す格子点に黒点等のマークのパターンが配された歪補正治具５０１を用いて行う場合、格子点上にある個々の点の位置計測結果がセンサと歪補正治具５０１の相対的な位置関係により量子化誤差の影響を受け、高精度な歪補正が行えない。また補正の度にセンサと歪補正治具５０１の相対的な位置関係を同一にすることは困難であることから、毎回異なる補正結果を得ることになり、その結果、同じ対象を計測しても位置計測結果は再現性が乏しいものとなり、このような補正を行った電子部品装着装置では高精度な部品搭載ができないという課題があった。

そこで、本発明に係る量子化誤差の影響を受けない高精度な歪補正の実施の形態について説明する。図５は本発明に係る部品位置認識用のカメラ１０１７の歪補正データ算出時を示す構成図である。カメラ１０１７で撮像された画像の、画像上の座標は撮像画像例５０２に示すように横軸右方向にＩ，縦軸下方向にＪで規定される。歪補正治具５０１は部品吸着ヘッド１０７に着脱可能に保持されている。図６には歪補正治具５０１の一実施例を示す。歪補正治具５０１上には（ｘ，ｙ）座標系で定義される直交格子の格子点上にマークが配置されている。隣接する全てのマーク（円）の間隔は一定であり既知である。図６に示す実施例ではマークとして円の場合を示しているが、円以外であっても点対象のパターンであればよく、また、図７に示す十字マークやひし型マークのようにｘ−ｙ軸に線対称な図形が直交格子の格子点上に配置されていてもよい。吸着ヘッド１０７はθ軸モータ１０１６によって回転する。また、吸着ヘッド１０７及びθ軸モータ１０１６は、図１で説明したようにビーム１０８に沿ってＸ方向に、また図１で示したガイド１０１１に沿ってＹ方向に移動する。

次に、本発明に係るカメラで撮像した画像についての歪補正データ算出手順の実施の形態について図８及び図９を用いて説明する。以下の記述において、カメラ１０１７での撮像は画像処理部２０１１、部品装着ヘッドのＸ及びＹ方向の移動はＸ軸モータ１０１２及びＹ軸モータ１０９を制御する駆動回路２０５及び２０６、部品装着ヘッドの回転はθ軸モータ１０１６を制御する駆動回路２０７を介して、ＣＰＵ２０１の命令により行われることとする。

まず、歪補正治具５０１をカメラ１０１７で撮像する（Ｓ８１）。次にカメラ１０１７の画像座標のＩ座標軸と歪補正治具５０１のｘ座標軸との角度ズレβを検出する（Ｓ８２）。このように、カメラ１０１７の画像座標のＩ座標軸と歪補正治具５０１のｘ座標軸との角度ズレβは、カメラ１０１７で撮像した歪補正治具５０１に形成されたパターンの画像を基に、例えばｘ方向のパターン列の重心位置を結んだ直線のＩ座標軸に対する傾き角度として画像処理部２０１１において検出することは可能である。なお、別の手段で、予め、カメラ１０１７のＩ座標軸と歪補正治具５０１のｘ軸が平行に位置出し（位置決め）されている場合はステップ８０１とステップ８０２は飛ばしてもよい。

その後、カメラ１０１７の画像座標のＩ座標軸と歪補正治具１０６のｘ座標軸との相対角度を零より大きい角度αになるようθ軸モータ１０１６を制御する（Ｓ８３）。角度αについては後述する。続いてこの状態で（カメラ１０１７のＩ座標軸に対して歪補正治具１０６のｘ座標軸の相対角度をαにした状態で）カメラ１０１７は歪補正治具５０１に形成された格子点列パターンを撮像して量子化誤差に影響することなくカメラの歪補正を高精度に実行する（Ｓ８４）。歪補正実行後、後述する（１）式の定数（ｋ１，ｋ２，ｋ３等）を歪補正データとして例えばＲＡＭ２０２に記憶する（Ｓ８５）。

この結果、歪補正治具５０１の格子で規定される（ｘ，ｙ）座標系とステージ（１０８，１０１１）で規定される（Ｘ，Ｙ）座標系、及び歪補正治具５０１の格子で規定される（ｘ，ｙ）座標系とカメラ１０１７の画像（Ｉ，Ｊ）座標系は回転ズレを生じた状態で記録されることになるが、カメラ１０１７の画像（Ｉ，Ｊ）座標系は歪補正結果（歪補正データ（定数ｋ１，ｋ２，ｋ３等））を用いて歪補正治具の格子で規定される（ｘ，ｙ）座標系に一対一で変換され、（ｘ，ｙ）座標系は一次変換にてステージ（１０８、１０１１）で規定される（Ｘ，Ｙ）座標系に変換できるので、カメラ１０１７の画像（Ｉ，Ｊ）座標から一意にステージ（１０８、１０１１）の（Ｘ，Ｙ）座標を特定することが可能である。

次に、画像処理部２０１１等が前もって実行するカメラの歪補正実行ステップＳ８４についてさらに詳細に説明する。まず、カメラ１０１７のＩ座標軸に対して歪補正治具１０６のｘ座標軸の相対角度をαにした状態でカメラ１０１７が撮像した歪補正治具５０１の画像を入力する（Ｓ８４１）。続いて入力した画像を二値化する（Ｓ８４２）。更に、二値化画像内にある各々の丸領域の検出を行い（Ｓ８４３）、その後各丸領域の重心座標を算出する（Ｓ８４４）。最後に算出された各重心座標に歪補正治具５０１の直交格子で定義される実寸法の（ｘ，ｙ）座標を割付け（Ｓ８４５）、後述する（１）式を確定する（Ｓ８４６）。

次に、カメラ１０１７が撮像する画像の（Ｉ，Ｊ）座標から歪補正治具５０１の直交格子で定義される実寸法の（ｘ，ｙ）座標への変換方法について説明する。即ち、放射及び接線方向のレンズ歪を考慮した場合、カメラ１０１７が撮像する画像の（Ｉ，Ｊ）座標は次に示す（１）式にて歪補正治具５０１の直交格子で定義される実寸法の（ｘ，ｙ）座標に変換される。（１）式は画像座標系の原点と、歪補正治具の直交格子で規定される座標系の原点が一致する場合であるが、一致しない場合はオフセットを加えればよい。（１）式の定数ｋ１，ｋ２，ｋ３を決定するためには、画像内で検出される格子点ｎ＝０，…，Ｎに対して画像座標（Ｉｎ，Ｊｎ）と、それに対応する歪補正治具上の格子点座標（ｘｎ，ｙｎ）を次に示す（２）式に代入し偏差の自乗和であるΣＤｎを最小化するｋ１，ｋ２，ｋ３を求めればよい。求めた定数ｋ１，ｋ２，ｋ３は図８のステップＳ８５における歪補正データとして例えばＲＡＭ２０２に記憶する。

以上、カメラ１０１７で撮像した画像の歪補正方法を述べた。以下、本発明の特徴とする歪補正時に問題となる画像の量子化誤差と、その影響を抑制するための方法について説明する。図９には、歪補正治具５０１を画像座標のＩ方向に５μｍピッチで１２０μｍ動かして、画素分解能６０μｍのカメラで歪補正治具上の円形マークの一点の重心位置を計測した結果を示す。図９の横軸は歪補正治具５０１の移動距離について始点を０として画素換算値に変換した値、縦軸は画像上でマークの重心位置を計測したときのＩ座標の値である。図９で一点鎖線で示した直線は計測した結果の最小自乗近似直線である。

図１０には横軸に歪補正治具５０１の移動距離について始点を０として画素換算値に変換した値、縦軸に図９の近似直線と計測点の差分を画素値でプロットしたものを示す。１画素周期で誤差が約±０．１画素の範囲で変動している様子が見てとれる。このため図１１のように歪補正治具５０１のパターンで規定される（ｘ，ｙ）座標系と、歪補正治具を撮像するカメラ１０１７の画像座標系（Ｉ，Ｊ）のなす角度が０度に近い場合、Ｉ＝ｉ０の直線上に位置するべきである歪補正治具上のパターン列Ａは、図１０で示した量子化誤差が重畳し、Ｉ＝ｉ０±０．１程度の変動を生じ、このような状態で歪補正を実行しても信頼できる歪補正データは取得できない。なお、パターン列Ａとは、図１１にパターン列Ａで示す直線上に載っている円形マークで構成される任意の一列を指す。また歪補正治具５０１のパターンとカメラ１０１７の撮像位置により誤差が変動するので、補正の度に補正データが異なるという問題も生ずる。

そこで、本発明は、図８のステップＳ８３で説明したように、図１２に示すように、歪補正治具５０１を撮像するカメラ１０１７の撮像面の（Ｉ，Ｊ）座標系に対して、歪補正治具５０１のパターンで規定される（ｘ，ｙ）座標系を零より大きい角度αになるように回転させた状態にする。図１２においてパターン列Ａは画像座標（ｉ０，ｊ０）から（ｉ１，ｊ１）に直線状に配置されている。図１２において円形パターン個々からの伸びている矢印は量子化誤差を受ける方向と量子化誤差の程度を、図９及び図１０で示した結果を反映して模式的に表したものであり、画像上でパターン列Ａを計測した場合、パターン列ＡはＢで誇張して示すような曲線状に観察される。図１２の場合、パターンの個々の点には周期的な量子化誤差の影響が現れているが、画像座標（ｉ０，ｊ０）から（ｉ１，ｊ１）にかけてパターン列ＡがＩ方向に１画素ずれているため、パターン列Ａに沿って量子化誤差を見ると量子化誤差がパターン列の左右方向に均等に丁度１周期（周期的に）現れ、この点列に対して例えば最小自乗近似を用いて直線を検出すれば量子化誤差が相殺され、本来のパターン列Ａにより近い直線の検出が期待できる。なお、図１２で示した画素サイズと格子点のパターンサイズは模式的な説明のためのものであり実際とは異なるものである。また前述の角度αと画像座標（ｉ０，ｊ０）、（ｉ１，ｊ１）との関係を次の（３）式に示す。

図１２では（ｉ０，ｊ０）から（ｉ１，ｊ１）にかけてＩ座標は１画素移動しているが、これより大きくても構わず、１画素より大きな場合はより量子化誤差を打ち消す効果が期待できる。

図１３には、カメラ１０１７の撮像面の（Ｉ，Ｊ）座標系に対して、歪補正治具５０１のパターンで規定される（ｘ，ｙ）を回転させた状態で歪補正治具５０１を撮像した画像の実施例を示す。図１３における白丸及び黒丸は画像として撮像された補正パターンを表している。１４０１は補正領域を示している。補正領域内のパターンを用いて歪補正が実行される。補正領域外のパターンを白丸で、補正領域内のパターンを黒丸で示した。Ｌは正方形の場合の補正領域の画像上での一辺の長さである。補正領域が長方形の場合は長辺あるいは短辺の長さを用いる。Ｄが補正領域内でカメラ１０１７と歪補正治具５０１を相対的に回転させて生じた変位分の画素数である。図８のステップＳ８３のαは、α＝arctan（Ｄ／Ｌ）である。

以上説明したように、本発明に係る第１の実施の形態によれば、カメラのレンズに起因する歪補正を行う際、歪補正治具のｘ座標軸をカメラのＩ座標軸に対して角度α回転させることによってカメラが歪補正治具のパターン列を撮像する際量子化誤差が周期的に左右方向に均等に現れるようにすることにより、量子化誤差を相殺して低減することが可能となり、歪補正毎（部品装着ヘッド交換毎）の歪補正データ（定数ｋ１，ｋ２，ｋ３等）のばらつきが低減され、結果として再現性の高い部品位置計測に基づいた高精度な電子部品装着が可能となる。

次に、本発明に係る部品位置認識用のカメラの歪補正方法を含めた電子部品装着装置の動作シーケンスについて図１４を用いて説明する。まず、プリント基板の品種に関連した装着装置の段取り替えが行われる（Ｓ１４１）。次に装着装置が搭載する電子部品の種類に応じて部品装着ヘッドが選択される（Ｓ１４２、Ｓ１４３）。部品装着ヘッドが交換された場合は、カメラ１０１７と部品装着ヘッド１０７との相対的な位置関係が変化する可能性があるので歪補正シーケンスを実行する（Ｓ１４４）。該歪補正シーケンスは図８で示したステップＳ８１からステップＳ８５の一連のシーケンスである。以上でプリント基板への部品搭載の準備が完了するので、以下順次プリント基板を搬入し（Ｓ１４５）、電子部品をプリント基板に搭載し（Ｓ１４６）、全ての電子部品の搭載が完了したらプリント基板を排出する（Ｓ１４７）。なお、基板搬入ステップＳ１４５は図４のステップＳ４１に、部品搭載ステップＳ１４６は図４のステップＳ４２からステップＳ４８に、基板排出ステップＳ１４７は図４のステップＳ４９に対応する。ステップＳ１４８において次のプリント基板がある場合にはステップＳ１４５に戻り部品搭載を繰り返し、無い場合にはステップＳ１４１に戻り次の品種のプリント基板のための段取り替えを実施する。

［第２の実施の形態］
次に、本発明に係る電子部品装着装置の第２の実施の形態について図１５乃至図１７を用いて説明する。

第２の実施の形態において、第１の実施の形態と相違する点は、部品装着ヘッド１０７’がθ軸モータ１０１６を持たず回転式でないことと、歪補正治具１７０１の構成（外形を基準として定まる（ｘ’，ｙ’）座標系が格子状に配列されたパターンで規定される（ｘ，ｙ）座標系に対して第１の実施の形態で説明したαだけ回転している）が相違する点にある。図１５は部品位置認識用のカメラ１０１７の歪補正データ算出時を示す構成図である。カメラ１０１７で撮像された画像の、画像上の座標は撮像画像例５０２に示すように横軸右方向にＩ，縦軸下方向にＪで規定される。そして、本第２の実施の形態においては、上述したように部品装着ヘッド１０７’はθ軸モータ１０１６を持たず回転しない。従って、図１６に示す如く、歪補正治具１７０１の外形を基準として定まる（ｘ’，ｙ’）座標系が、カメラ１０１７が撮像する（Ｉ，Ｊ）座標系と平行な関係になるように、歪補正治具１７０１は外形を基準に位置決めして保持される歪補正治具保持手段１６０１を介して部品装着ヘッド１０７’に保持される。なお、カメラ１０１７の（Ｉ，Ｊ）座標系と、ステージ（１０８、１０１１）の（Ｘ，Ｙ）座標系とのアライメントは別途行われているものとする。

図１６は図１５に示した構成で用いられる歪補正治具１７０１を示す図である。外形を基準として定まる（ｘ’，ｙ’）座標系は、格子状に配列されたパターンで規定される（ｘ，ｙ）座標系に対して第１の実施の形態で説明したαだけ回転させる。その結果、図１２に示すように、パターン列Ａに対して量子化誤差が周期的に左右方向に均等に現れることにより、この点列に対して例えば最小自乗近似を用いて直線を検出すれば量子化誤差が相殺されて本来のパターン列Ａにより近い直線の検出が可能となる。

次に、本発明に係る第２の実施の形態におけるカメラの歪補正手順について図１７を用いて説明する。即ち、部品位置認識用のカメラ１０１７は、外形基準の（ｘ’，ｙ’）座標系で位置決めされて部品装着ヘッド１０７’に保持された歪補正治具１７０１を撮像する（Ｓ１７１）。続いて歪補正を実行する（Ｓ８４）。歪補正の内容は第１の実施の形態における図８のステップＳ８４に示した内容と同じである。歪補正実行後、歪補正の結果得られる前述の（１）式の定数（ｋ１，ｋ２，ｋ３等）を歪補正データとして記憶する（Ｓ８５）。

以上、歪補正の部分を説明したがその他の部分、即ち電子部品装着装置としての機器構成、システム構成、動作フロー等は第１の実施の形態と同じなので説明は省略する。

以上説明したように、本発明に係る第２の実施の形態によれば、第１の実施の形態と同様に、カメラのレンズに起因する歪補正を行う際、歪補正治具５０１のｘ座標軸をカメラ１０１７のＩ座標軸に対して角度α回転させることによってカメラが歪補正治具のパターン列を撮像する際量子化誤差が周期的に左右方向に均等に現れるようにすることにより、量子化誤差を相殺して低減することが可能となり、歪補正毎の補正データのばらつきが低減され、結果として再現性の高い部品位置計測に基づいた高精度な電子部品装着が可能となる。

本発明に係る電子部品装着装置の第１の実施の形態の概略構成を示す平面図である。 本発明に係る電子部品装着装置の第１の実施の形態のシステム構成を示す図である。 本発明に係る部品搭載のためのデータテーブルの説明図である。 本発明に係る電子部品装着装置の第１の実施の形態における部品搭載動作を示すフローチャートである。 本発明に係る電子部品装着装置の第１の実施の形態における歪補正データ算出時の部品位置認識用のカメラ周辺を示す構成図である。 本発明に係る電子部品装着装置の第１の実施の形態における歪補正治具の一実施例を示す図である。 図６に示す歪補正治具上のパターンの変形例を示す図である。 本発明に係る電子部品装着装置の第１の実施の形態における歪補正に関する画像処理を含めて歪補正処理シーケンスを示すフロー図である。 本発明に係る歪補正治具を画像座標のＩ方向に５μｍピッチで１２０μｍ動かし、画素分解能６０μｍのカメラで歪補正治具上の円形マーク一点の重心位置を計測して得られた実験結果を示す図である。 図９と同一の実験結果であって、但し横軸は図９と同一とし、縦軸を図９の近似直線と計測点の差分で表した図である。 本発明に係る歪補正治具の（ｘ，ｙ）座標系とカメラで撮像する画像の（Ｉ，Ｊ）座標系との関係を示す図である。 本発明に係る歪補正治具の（ｘ，ｙ）座標系をカメラで撮像する画像の（Ｉ，Ｊ）座標系に対して回転させた場合におきるパターン検出位置の量子化誤差について説明するための図である。 本発明に係るカメラで撮像された歪補正治具と画像内に設定された歪補正領域との関係を示す図である。 本発明に係る電子部品装着装置の第１の実施の形態における動作フローチャートである。 本発明に係る電子部品装着装置の第２の実施の形態における歪補正データ算出時の部品位置認識用のカメラ周辺を示す構成図である。 本発明に係る電子部品装着装置の第２の実施の形態における歪補正治具の一実施例を示す図である。 本発明に係る電子部品装着装置の第２の実施の形態における歪補正処理シーケンスを示すフロー図である。

符号の説明

１０１…電子部品装着装置、１０２…基台、１０３…部品供給ユニット、１０４…供給コンベア、１０５…位置決め部、１０６…排出コンベア、１０７、１０７’…部品装着ヘッド、１０８…ビーム、１０９…Ｙ軸駆動モータ、１０１０…ネジ軸、１０１１…ガイド、１０１２…Ｘ軸モータ、１０１３…吸着ノズル、１０１４…上下軸モータ、１０１５…θ軸モータ、１０１６…θ軸モータ、１０１７…部品位置認識用のカメラ、２０１…ＣＰＵ、２０２…ＲＡＭ、２０３…ＲＯＭ、２０４…インターフェース、２０５、２０６，２０７，２０８…駆動回路、２０９…キーボードドライバ、２０１０…キーボード、２０１１…画像処理部、５０１…歪補正治具、５０２…撮像画像例、１６０１…歪補正治具保持手段、１７０１…歪補正治具。

Claims (5)

1. 電子部品を吸着する吸着ノズルを有してＸ方向及びＹ方向に移動する部品装着ヘッドと、前記部品装着ヘッドの前記吸着ノズルに吸着された電子部品を（Ｉ，Ｊ）座標系で規定される撮像面で撮像して前記電子部品の画像を取得する部品位置認識用のカメラと、該部品位置認識用のカメラから取得される前記電子部品の画像に対して予め算出して記憶部に記憶された歪補正データに基づいて歪補正を実行し、該歪補正が実行された画像に基づいて前記電子部品の位置を認識する画像処理部とを備えた電子部品装着装置であって、
   （ｘ，ｙ）座標系で規定される歪補正パターンが形成された歪補正治具が前記部品装着ヘッドに保持された状態で、前記部品位置認識用カメラで撮像した歪補正パターンの前記（ｘ，ｙ）座標系と、撮像面の前記（Ｉ，Ｊ）座標系とのズレ角度を検出するズレ角度検出手段と、
   前記ズレ角度が所定の角度となるように前記部品装着ヘッドを回転させる制御手段と、
   前記制御手段により前記歪補正治具を吸着した前記部品装着ヘッドを前記所定の角度となるように回転させた後、前記歪補正パターンを前記部品位置認識用のカメラで撮像して取得される歪補正パターンの画像を基に前記歪補正データを算出する算出手段と、
   前記歪補正データを前記記憶部に記憶する手段と、
   を有することを特徴とする電子部品装着装置。
2. 前記画像処理部において、前記部品位置認識用のカメラで撮像して取得される歪補正パターンの画像を基に前記歪補正データを算出する際、前記歪補正パターンの格子点列パターンに対して最小自乗近似を用いて前記歪補正データを算出することを特徴とする請求項１に記載の電子部品装着装置。
3. 前記歪補正治具の外形基準を前記歪補正パターンが規定される（ｘ，ｙ）座標系に対して前記所定の角度回転させて形成し、該形成された前記歪補正治具の外形基準を前記部品装着ヘッドに位置決めして保持することを特徴とする請求項１あるいは２のいずれかに記載の電子部品装着装置。
4. 前記歪補正パターンは、前記（ｘ，ｙ）座標系で規定される格子点列上に点対称の図形又はｘ、ｙ方向に対して線対称の図形を配置して形成されることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか1項に記載の電子部品装着装置。
5. 前記部品位置認識用のカメラは、ＣＣＤ型センサあるいはＭＯＳ型センサを用いて構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか1項に記載の電子部品装着装置。

Images