JP2011247690A - Connector pin inspection device and its inspection method - Google Patents
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Abstract
【課題】 2台のカメラで異なる方向から被測定物を撮像し、カメラ間の視差を利用して被測定物の三次元形状を取得する技術を提供する。
【解決手段】
ライン状の照明光を照射する光源と、ライン照明の所定位置内をコネクターピンのピン先が通過するようコネクターを把持して移動させる手段と、ライン照明を通過するピン先を撮像する2台のカメラによって、コネクターの移動方向に対してライン照明の斜め前方及び後方からピン先を撮像する手段を備え、撮像した2枚の画像からピン先の三次元位置を計測することを特徴とするコネクターピン検査装置に関する。
【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a technique for capturing an object to be measured from two different directions with two cameras and acquiring a three-dimensional shape of the object to be measured using parallax between the cameras.
[Solution]
A light source that emits line-shaped illumination light, means for gripping and moving the connector so that the pin tip of the connector pin passes within a predetermined position of the line illumination, and two units that image the pin tip that passes through the line illumination A connector pin comprising means for imaging the pin tip from the front and rear of the line illumination with respect to the direction of movement of the connector by a camera, and measuring the three-dimensional position of the pin tip from the two captured images It relates to an inspection device.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、コネクターピンの検査技術に関する。 The present invention relates to a connector pin inspection technique.
計算機装置などの製造工程において、基板にコネクターを挿入する際に、一部のピン先位置にズレがあると、ズレたピンが正しく挿入されないため、装置不良を引き起こす原因となる。そのため、こうしたコネクターのピン先の位置について、高さを含めた三次元位置として計測し、検査することが求められている。 In a manufacturing process of a computer apparatus or the like, when inserting a connector into a board, if some of the pin tip positions are misaligned, the misaligned pins are not correctly inserted, which causes a malfunction of the apparatus. Therefore, the position of the pin tip of such a connector is required to be measured and inspected as a three-dimensional position including the height.
これに対し、物体表面の高さを計測する三次元計測法として視差計測法が提案されている。視差計測法には、レーザーを物体表面を走査し、その反射光を計測する手法や、ライン状の光を対象物に照射し、斜め方向からのライン光に応じて計測される対象物の変化に基づいて物体の高さを特定する手法がある。 On the other hand, a parallax measurement method has been proposed as a three-dimensional measurement method for measuring the height of an object surface. The parallax measurement method includes a method of scanning the object surface with a laser and measuring the reflected light, or irradiating the object with line-shaped light and changing the object measured according to the line light from an oblique direction. There is a method for identifying the height of an object based on the above.
例えば、リード形状計測装置に関し、対象物のライン上に存在する仮想線の交点を輪郭画像或いは複数の平行なライン光などから物体の高さを割り出している。 For example, with respect to the lead shape measuring apparatus, the height of an object is determined from an outline image or a plurality of parallel line lights at the intersection of virtual lines existing on the line of the object.
また、例えば、被測定物の移動方向に対し直交配置された1組のラインセンサーとマッチング手段を備え、ベルトコンベア上の被測定物を撮像し、2つのカメラ間の視差を演算して、被測定物の断面の三次元形状を取得している。 In addition, for example, a set of line sensors and a matching unit arranged orthogonal to the moving direction of the object to be measured are provided, the object to be measured on the belt conveyor is imaged, and the parallax between the two cameras is calculated, The three-dimensional shape of the cross section of the measurement object is acquired.
しかしながら、従来の視野計測による三次元計測法は、高速なデータ取得が可能となる反面、視差が十分に取れないため計測精度が出ない、対応点探索が困難な対象には利用できない等、大面積を高精度に計測する点において、以下の問題を抱える。 However, the conventional three-dimensional measurement method based on visual field measurement enables high-speed data acquisition. However, the parallax cannot be obtained sufficiently, so measurement accuracy does not come out, and it cannot be used for targets for which corresponding point search is difficult. In measuring the area with high accuracy, it has the following problems.
2台のカメラの画像の違いから対象の変位を計測する視差計測法では、大きな視差がある方が、画像の違いが顕著になり、高い計測精度が期待できる。しかし、図10に示すように、視野内の広い面積でフォーカスの合った画像を撮像するには、2台のカメラは対象面に対して、ほぼ垂直な角度にする必要があり、視差を十分に取ることができない。視野全体でフォーカスが合っていないとカメラで撮像する画像がボケてしまい、それ以上視差を大きく取ると視野全体でフォーカスを合わせることが困難となる。 In the parallax measurement method that measures the displacement of the object from the difference between the images of the two cameras, the difference in the image becomes more remarkable when there is a large parallax, and high measurement accuracy can be expected. However, as shown in FIG. 10, in order to capture a focused image over a wide area in the field of view, the two cameras need to be at an angle substantially perpendicular to the target surface, and the parallax is sufficient. Can't take on. If the entire field of view is not in focus, the image captured by the camera will be blurred, and if the parallax is increased further, it will be difficult to focus on the entire field of view.
また、視差計測法では、2台のカメラの画像間で同一の部分(対応点)が映っているときには、この点の奥行き方向の位置が計算できるが、コネクターのピン先のように特徴に乏しい対象が視野内に多数表れた場合、対応点を見つけることが困難である。 In addition, in the parallax measurement method, when the same part (corresponding point) is shown between the images of two cameras, the position in the depth direction of this point can be calculated, but the feature is poor like the pin tip of the connector When many objects appear in the field of view, it is difficult to find corresponding points.
そこで、本発明では、視差計測法において視差の拡大と対応点検索の容易化が図れる検査技術を提供する。 In view of this, the present invention provides an inspection technique capable of enlarging parallax and facilitating the search for corresponding points in the parallax measurement method.
発明の一つの態様は、コネクターのピン先にライン状の照明光を照射する照明手段と、前記照明手段によってライン状の照明光が照射されている範囲内の所定位置をコネクターのピン先が通過するよう該コネクターを把持し移動する移動手段と、前記コネクターの移動方向に対し前記ライン照明の斜め前方と斜め後方に配置された2台のカメラによって前記ピン先を撮像する撮像手段と、前記カメラが撮像した2枚の画像から前記コネクターのピン先の三次元位置を算出する位置算出手段と、を有することを特徴とするコネクターピン検査装置に関する。 One aspect of the invention is that illumination means for irradiating a connector pin tip with linear illumination light, and the pin tip of the connector passes through a predetermined position within the range where the illumination light is illuminated by the illumination means. Moving means for gripping and moving the connector, imaging means for taking an image of the pin tip with two cameras arranged obliquely forward and obliquely behind the line illumination with respect to the movement direction of the connector, and the camera And a position calculating means for calculating a three-dimensional position of the pin tip of the connector from two images taken by the connector.
上記本発明によれば、コネクターピンのピン先を三次元位置として、2台のカメラに与える視差は被写界深度の影響を受けず十分な視差を得ることが可能となり、高性能のコネクター検査装置の提供が可能となる。 According to the present invention, it is possible to obtain a sufficient parallax without affecting the depth of field by the parallax given to the two cameras with the pin tip of the connector pin as a three-dimensional position. A device can be provided.
以下、本発明の実施形態につき、図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、ラインセンサーを用いた視差計測法の原理説明図を示す。本発明の視差計測は、直線移動可能な測定対象5に対し、ライン照明4によってライン状の照明光を垂直に照射し、その照射領域の測定対象5を2台のラインセンサーカメラ1によって撮像する構成となっている。本発明では、2台のラインセンサーカメラ1間の視差を大きくとるため、垂直に照射したライン照明4を横切るように測定対象5を移動させ、この様子を順次2台のカメラで撮像することを特徴としている。 FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of a parallax measurement method using a line sensor. In the parallax measurement of the present invention, a linear illumination light is vertically irradiated by a line illumination 4 to a measurement object 5 that can move linearly, and the measurement object 5 in the irradiation area is imaged by two line sensor cameras 1. It has a configuration. In the present invention, in order to obtain a large parallax between the two line sensor cameras 1, the measurement object 5 is moved so as to cross the vertically illuminated line illumination 4, and this state is sequentially captured by the two cameras. It is a feature.
2台のラインセンサーカメラ1は、それぞれCCD(Charge Coupled Device 電荷結合素子)からなるラインセンサー2及び測定対象5からの反射光を集光するレンズ3を有し、ライン照明4と平行に該ライン照明4を前後に挟んで傾斜させて測定対象(コネクターピン)5の照射点(ピン先)に焦点を合わせている。
また、ライン照明4は、幅方向に併置させたカラー光源、LED(Light Emitting Diode; 発光素子)による照明機構を含むライン状の照明光を移動する測定対象(コネクターピン)5に照射するものである。
Each of the two line sensor cameras 1 has a line sensor 2 composed of a charge coupled device (CCD) and a lens 3 that collects the reflected light from the measurement object 5, and the line sensor 4 is parallel to the line illumination 4. The illumination 4 is tilted across the front and back to focus on the irradiation point (pin tip) of the measurement target (connector pin) 5.
Moreover, the line illumination 4 irradiates the measurement object (connector pin) 5 which moves the linear illumination light containing the illumination mechanism by the color light source and LED (Light Emitting Diode; light emitting element) juxtaposed in the width direction. is there.
ここで、以下の記述では、2台のラインセンサーカメラ1は、カメラA、カメラBと表現し、カメラA、カメラBにそれぞれ備わるラインセンサー2は、センサーA、センサーBと表現する。 Here, in the following description, the two line sensor cameras 1 are expressed as cameras A and B, and the line sensors 2 provided in the cameras A and B are expressed as sensors A and B, respectively.
図1に示すように、照明位置におけるライン照明4を挟んで、一方のカメラBは測定対象5の移動方向の前方から、他方のカメラAは後方から測定対象5を撮像する。また、カメラA、カメラBに搭載されたラインセンサー2におけるセルの並びは移動方向に直交させている。そして、ラインセンサー2の各セルは、各時刻に光軸上でライン照明の内側にある測定対象5の表面を撮像する。 As shown in FIG. 1, with the line illumination 4 at the illumination position, one camera B images the measurement object 5 from the front in the moving direction of the measurement object 5 and the other camera A from the rear. In addition, the cell arrangement in the line sensor 2 mounted on the cameras A and B is orthogonal to the moving direction. And each cell of the line sensor 2 images the surface of the measuring object 5 inside the line illumination on the optical axis at each time.
上述した本発明の構成により、一度にフォーカスを合わせる必要のある範囲は、ライン光の幅程度とすることが可能となり、2台のラインセンサーカメラ1による視差は、被写界深度の影響をなくすのに十分な視差とすることが可能となる。 With the configuration of the present invention described above, the range that needs to be focused at a time can be set to about the width of the line light, and the parallax by the two line sensor cameras 1 eliminates the influence of the depth of field. It is possible to achieve a parallax sufficient for this.
図2は、本発明の視差計測法によるコネクターピン測定の構成例を示す。 FIG. 2 shows a configuration example of connector pin measurement by the parallax measurement method of the present invention.
図2に示すように、ライン照明4は、コネクター6の幅でピンの間隔よりも細いライン状の光となるようにピンを上方から照明し、コネクター6は、ライン照明4を横切るように移動可能としている。2台のラインセンサー2の内、センサーBはコネクター6の移動方向の前方に配置され、センサーAはコネクター6の移動方向の後方に配置される。 As shown in FIG. 2, the line illumination 4 illuminates the pins from above so that the width of the connector 6 is a line-shaped light that is narrower than the interval of the pins, and the connector 6 moves across the line illumination 4. It is possible. Of the two line sensors 2, the sensor B is disposed in front of the moving direction of the connector 6, and the sensor A is disposed behind the moving direction of the connector 6.
それぞれのラインセンサー2の光軸A、Bは、ライン照明4の中央部で交差し、この交点で焦点が合うように調整する。当該交点を座標系の原点とし、標準的な高さのピンがライン照明4下を通るとき、ピン先がこの交点を通過するものとする。また、ラインセンサー2のセルの並びは、ライン照明4の長手方向と一致させ、ラインセンサー2の並び方向をX軸、コネクター6の移動方向をY軸とする。 The optical axes A and B of the respective line sensors 2 intersect with each other at the center of the line illumination 4 and are adjusted so that they are in focus at this intersection. The intersection point is the origin of the coordinate system, and when a pin with a standard height passes under the line illumination 4, the tip of the pin passes this intersection point. In addition, the cell arrangement of the line sensor 2 is made to coincide with the longitudinal direction of the line illumination 4, the arrangement direction of the line sensor 2 is taken as the X axis, and the moving direction of the connector 6 is taken as the Y axis.
以上、上述した測定構成において、コネクター6の移動速度に対し十分高速にラインセンサー2と水平同期を取ることによって、ライン照明4を横切るピン先をそれぞれのラインセンサー2で撮像することが可能となる。 As described above, in the measurement configuration described above, the line tip 2 that crosses the line illumination 4 can be imaged by each line sensor 2 by taking horizontal synchronization with the line sensor 2 at a sufficiently high speed with respect to the moving speed of the connector 6. .
図3は、コネクターの移動に応じて観察されるピン位置と高さの関係を示す。図は、ラインセンサーの各セルによって、各時刻に各光軸上でライン照明4の内側にある測定対象5の表面が撮像される状態を説明している。図3(a)は、ライン照明の後方に配置されたセンサーAによる検出例を示し、図3(b)は、ライン照明の前方に配置されたセンサーBによる検出例を示している。 FIG. 3 shows the relationship between the pin position and the height observed as the connector moves. The figure explains a state in which the surface of the measuring object 5 inside the line illumination 4 is imaged on each optical axis at each time by each cell of the line sensor. FIG. 3A shows an example of detection by the sensor A arranged behind the line illumination, and FIG. 3B shows an example of detection by the sensor B arranged in front of the line illumination.
ここで、ピンの高さが同じならば、A、Bどちらのセンサーでも移動方向の前方にあるピンから順に早い時刻に撮像される。一方、ピンの面内位置が同じ場合、移動方向に対して後方に置かれたセンサーAでは、高さの高いピンAが早い時刻に撮像され、前方に置かれたセンサーBでは、高さの低いピンDが早い時刻に撮像される。 Here, if the heights of the pins are the same, the image is picked up at an earlier time in order from both pins A and B in front of the moving direction. On the other hand, when the in-plane positions of the pins are the same, the sensor A placed rearward with respect to the moving direction takes an image of the high pin A at an earlier time, and the sensor B placed forward has a height of The low pin D is imaged at an early time.
図4は、コネクターにおけるピンの整列状態とセンサーの出力画像との関係を示している。図4(a)は、高さが同一でライン方向にも整列したピンの状態を示し、(b)は、高さは同一であるがライン方向に整列していないピンの状態を示し、(c)は、ライン方向に整列しているが高さが不揃いのピンの状態を示している。 FIG. 4 shows the relationship between the pin alignment state in the connector and the output image of the sensor. FIG. 4 (a) shows the state of pins that have the same height and are aligned in the line direction, and FIG. 4 (b) shows the state of pins that have the same height but are not aligned in the line direction. c) shows the state of pins that are aligned in the line direction but have irregular heights.
センサーA、Bで撮像したセンサー画像は、(a)、(b)のようにピンの高さがセンサーの焦点位置にあれば、A、Bどちらのセンサーでも同じ時刻にピンが撮像され、ピンの撮像される時刻でピンのY方向の位置を知ることができる。 If the height of the pin is at the focus position of the sensor as shown in (a) and (b), the sensor images taken by sensors A and B are picked up at the same time by both sensors A and B. The position of the pin in the Y direction can be known at the time when the image is picked up.
図4(a)のように、ライン照明の長手方向に整列したピンでは、全てのピンが同じ時刻に撮像される。(b)のようにピンの位置がばらばらな場合は、ピンの位置に応じて撮像される時刻が異なる。一方、(c)のようにピンの高さが異なる場合は、ピンが整列していても、センサーで撮像される時刻に違いが出る。 As shown in FIG. 4A, with the pins aligned in the longitudinal direction of the line illumination, all the pins are imaged at the same time. When the positions of the pins are different as in (b), the time at which the image is captured differs according to the position of the pins. On the other hand, when the heights of the pins are different as shown in (c), even when the pins are aligned, the time taken by the sensor is different.
2つのセンサーの光軸の交点と高さが一致するピンの場合、2つのセンサーの画像に現れる時刻は一致し、これよりも低いピンはセンサーAよりセンサーBに早く現れる。逆に高いピンは、センサーAに早く現れる。このように、センサーAとセンサーBの画像中に現れたピンの像の対応が付けば、ピンの高さが特定できる。 In the case of a pin whose height coincides with the intersection of the optical axes of the two sensors, the times appearing in the images of the two sensors coincide, and a pin lower than this appears earlier in the sensor B than in the sensor A. Conversely, a high pin appears early on sensor A. In this way, if the correspondence between the images of the pins appearing in the images of the sensor A and the sensor B is attached, the height of the pin can be specified.
図5は、センサー画像から近傍ピンの対応点検索を説明する図である。図では、2つのセンサー画像中の対応するピンを見つける方法について示している。 FIG. 5 is a diagram for explaining the corresponding point search for neighboring pins from the sensor image. The figure shows how to find the corresponding pins in the two sensor images.
Y軸方向のピン間隔が離れている場合、両画像でX軸の位置が一致し、最も近いピンの像を探すことで対応が取れる。しかし、ピン間隔が密集してくると、この方法では対応関係を知ることが難しくなる。図5は、単純な方法では2つのセンサー画像間の対応をとることができないことを示している。 When the pin interval in the Y-axis direction is separated, the X-axis position matches in both images, and the correspondence can be taken by searching for the closest pin image. However, if the pin spacing becomes dense, it is difficult to know the correspondence with this method. FIG. 5 shows that the correspondence between the two sensor images cannot be taken with a simple method.
センサー画像Aに映っているピンをセンサー画像Bで検索する場合、X座標が同じで、Y座標が近傍にあるピンを検索するが、最近傍にあるピンが対応するピンとは限らない。図5のような部分画像では、センサーBに映った2本のピンの内、どちらのピンがセンサーAのピンに対応しているのかは判別つかない。 When searching for a pin shown in the sensor image A with the sensor image B, a pin having the same X coordinate and having a Y coordinate in the vicinity is searched, but the pin in the nearest vicinity is not necessarily the corresponding pin. In the partial image as shown in FIG. 5, it cannot be determined which of the two pins reflected on the sensor B corresponds to the pin of the sensor A.
ここで、対応点とは、2つのセンサーの画像で、同じ対象物の同じ位置の像が現れる点のことであり、ピン計測では、それぞれのセンサー画像において同じピンの頂点が現れている点が対応点となる。 Here, the corresponding points are points where images of the same object appear at the same position in the images of the two sensors, and in pin measurement, the point where the apex of the same pin appears in each sensor image. It becomes a corresponding point.
図5(a)のセンサー画像Aの中央部に現れたピン先の像に対して、センサー画像Bには、センサー画像AとX座標が同じで、ほぼ等距離にある2つのピン先の像が現れている。この場合、図5(b)と(c)の2通りの可能性がある。(b)は、センサーB中の2本のピンが両方とも標準より高い場合である。センサーAのピンの像に対応するセンサーBの像は(1)であり、センサーAの像がセンサーBの像より先に現れている。一方、図5(c)では、逆に2本のピンが標準よりも低い場合で、センサーAの像に対応するセンサーBの像は(2)となる。 In contrast to the pin tip image that appears in the center of the sensor image A in FIG. 5A, the sensor image B has the same X coordinate as the sensor image A and two pin tip images that are substantially equidistant. Appears. In this case, there are two possibilities shown in FIGS. (B) is a case where the two pins in sensor B are both higher than the standard. The image of the sensor B corresponding to the image of the pin of the sensor A is (1), and the image of the sensor A appears before the image of the sensor B. On the other hand, in FIG. 5C, conversely, when the two pins are lower than the standard, the image of sensor B corresponding to the image of sensor A is (2).
そこで、2つのラインセンサー2によって対応するピンを簡単に見つけるため、以下のように、ライン照明4を面内で変化させるのが好適となる。 Therefore, in order to easily find the corresponding pins by the two line sensors 2, it is preferable to change the line illumination 4 in the plane as follows.
図6は、幅方向にカラー化したライン照明による対応点の検知例を示す。 FIG. 6 shows an example of detection of corresponding points by line illumination colored in the width direction.
図6(a)は、ライン照明4の色をラインの幅方向で測定対象5の移動に伴って順に変化させるカラー化ライン照明の構成例を示し、図6(b)は、カラー化ライン照明を用いた場合に撮像されるセンサー画像例を示す。 FIG. 6A shows a configuration example of colored line illumination in which the color of the line illumination 4 is sequentially changed in accordance with the movement of the measurement object 5 in the line width direction, and FIG. 6B shows the colored line illumination. The sensor image example imaged when using is shown.
計測すべきピン高さの変化範囲と同じ太さのライン照明4の光源の色を幅方向で変化させる。ライン照明4のライン幅方向に配置させる2色光のピーク間隔として各色の半値幅は計測レンジ(例えば、500μm程度)に合わせる。実施例では、ライン照明4の左側に赤色光源、右側に青色光源を配置させ、測定対象4の移動に伴って、測定面では赤から青へと2色に変わるようにしている。このライン照明4の下で、それぞれのセンサーをカラーラインセンサーとすると、基準面より高いピンはセンサーAでは赤く、センサーBでは青く撮像される。この場合、対応する像は、センサーAよりセンサーBの方が遅れて撮像される。逆に、基準面よりも低いピンは、センサーAでは青く、センサーBでは赤く撮像され、センサーAよりセンサーBの方が進んで撮像される。 The color of the light source of the line illumination 4 having the same thickness as the change range of the pin height to be measured is changed in the width direction. The half-value width of each color is adjusted to the measurement range (for example, about 500 μm) as the peak interval of the two-color light arranged in the line width direction of the line illumination 4. In the embodiment, a red light source is disposed on the left side of the line illumination 4 and a blue light source is disposed on the right side, and the measurement surface 4 changes from red to blue as the measurement object 4 moves. If each sensor is a color line sensor under the line illumination 4, the pin higher than the reference plane is imaged red by the sensor A and blue by the sensor B. In this case, the corresponding image is captured with the sensor B being delayed from the sensor A. On the contrary, the pin lower than the reference plane is imaged blue by the sensor A and red by the sensor B, and the sensor B is imaged more advanced than the sensor A.
このように、ライン照明4を色付けることによって、ピンのおよその高低とセンサーAとセンサーBに現れる順序が分かるようになり、それぞれのセンサーの画像の中で対応するピンの像を求めることが可能となる。 Thus, by coloring the line illumination 4, it becomes possible to know the approximate height of the pins and the order in which they appear in the sensors A and B, and the corresponding pin images can be obtained from the images of the respective sensors. It becomes possible.
図7は、カラー化ライン照明による対応点探索のルールを示す。図は、ライン照明の下では、センサーAとセンサーBの画像間で対応するピン間の位置と色の組み合わせについて示すものである。 FIG. 7 shows a rule for searching for corresponding points by colored line illumination. The figure shows the position and color combinations between corresponding pins between the images of sensor A and sensor B under line illumination.
(a)ピン高さが基準面を超える場合、センサーAによって撮像されるピン画像には赤色で出現し、センサーBによって撮像されるピン画像には青色で出現し、センサーBよりも早い時刻にセンサーAに出現する。また、(b)ピン高さが基準面と同レベルの場合、センサーA、Bの両画像で赤青の中間色で同時刻に出現する。さらに、(c)ピン高さが基準面より低い場合、センサーAによって撮像されるピン画像には青色で出現し、センサーBによって撮像されるピン画像には赤色で出現し、センサーAよりも早い時刻にセンサーBに出現する。 (A) When the pin height exceeds the reference plane, the pin image captured by the sensor A appears in red, the pin image captured by the sensor B appears in blue, and is earlier than the sensor B. Appears on sensor A. Also, (b) when the pin height is at the same level as the reference plane, both the images of sensors A and B appear at the same time in red and blue intermediate colors. (C) When the pin height is lower than the reference plane, the pin image captured by the sensor A appears in blue, the pin image captured by the sensor B appears in red, and is earlier than the sensor A. Appears at sensor B at time.
以上のルールの基に、対応点の判定がなされる。 Corresponding points are determined based on the above rules.
図8は、本発明のコネクターピン検査装置の構成例を示す。 FIG. 8 shows a configuration example of the connector pin inspection apparatus of the present invention.
コネクターピン検査装置は、測定対象5に2色のライン状の照明光を照射するライン照明4とそれを制御する照明制御部11からなる照明手段と、垂直に照射されるライン照明の所定位置内をコネクター6の測定対象5であるピン先部分が通過するよう該コネクター6を把持し移動させる移動ステージ7とその移動量を制御する移動制御部13からなる移動手段を有する。 The connector pin inspection apparatus includes a lighting unit including a line illumination 4 for irradiating the measurement target 5 with two-color line-shaped illumination light and an illumination control unit 11 for controlling the illumination, and within a predetermined position of the line illumination vertically irradiated. And a moving stage 7 for holding and moving the connector 6 so that the pin tip portion which is the measurement object 5 of the connector 6 passes, and a moving means 13 for controlling the moving amount thereof.
また、コネクターピン検査装置は、移動するコネクター6のピン先を撮像する、コネクター6の移動方向に対しライン照明4の斜め後方に配置したカメラAと斜め前方に配置したカメラBと、撮像のタイミングを制御する撮像制御部12とからなる撮像手段を有する。なお、各カメラはカラーCCD撮像素子によるラインセンサー2で構成される。 In addition, the connector pin inspection device images the pin tip of the moving connector 6, the camera A disposed obliquely rearward of the line illumination 4 with respect to the moving direction of the connector 6, the camera B disposed obliquely forward, and the imaging timing. And an imaging control unit 12 for controlling the imaging. Each camera includes a line sensor 2 using a color CCD image sensor.
さらに、コネクターピン検査装置は、装置全体を制御する制御装置10を備え、撮像制御部12から取得した映像を記憶装置100に保存し、該映像から2次元のセンサー画像を作成する手段と、2つのカメラが撮像した2枚のセンサー画像からコネクター6のピン先の三次元位置を算出する位置算出手段を有する。 Further, the connector pin inspection device includes a control device 10 that controls the entire device, stores an image acquired from the imaging control unit 12 in the storage device 100, and creates a two-dimensional sensor image from the image; Position calculating means for calculating the three-dimensional position of the pin tip of the connector 6 from two sensor images captured by two cameras.
以下に、本発明のコネクターピン検査装置の動作を説明する。 Below, operation | movement of the connector pin test | inspection apparatus of this invention is demonstrated.
照明光源は、測定対象5のコネクター6を横断するライン状とし、標準の高さとなる基準面上で、幅方向に赤から青など色が測定対象5上で順に変わる設定とするため、2本の色の異なるライン光源を近接させている。それには、LEDをライン状に配置した光源をレンズ3を用いて基準面上に結像して作ることを前提としているが、LD(Laser Diode )などのレーザー光源をスリットに通しライン状の照明を作ってもよい。ラインの幅は、ピンの間隔以下で、かつ計測すべきピンの高さの変化範囲と同程度にする。 The illumination light source has a line shape that crosses the connector 6 of the measurement object 5 and is set to change in order of colors from red to blue in the width direction on the measurement object 5 in the width direction on the reference surface having a standard height. Line light sources with different colors are in close proximity. For this purpose, it is assumed that a light source in which LEDs are arranged in a line shape is formed on a reference surface by using a lens 3, but a laser light source such as an LD (Laser Diode) is passed through a slit to form a linear illumination. May be made. The width of the line is equal to or less than the pin interval and the same as the range of change in the height of the pin to be measured.
ライン照明4の下に検査すべきコネクター6をピン先を上に向けて保持し、移動可能な移動ステージ7を設ける。検査時にはコネクター6がライン照明4を横切るように移動させる。このとき、基準面上のライン照明4の中央を原点とし、ライン照明4の長手方向をX軸、コネクターの移動方向をY軸と定める。 A connector 6 to be inspected is held below the line illumination 4 with a pin tip facing upward, and a movable stage 7 is provided. At the time of inspection, the connector 6 is moved so as to cross the line illumination 4. At this time, the center of the line illumination 4 on the reference plane is set as the origin, the longitudinal direction of the line illumination 4 is defined as the X axis, and the moving direction of the connector is defined as the Y axis.
2つのラインセンサー2は、基準面上のライン照明4を一方は前方から、もう一方は後方から撮像できるように配置される。セルの並びをライン照明の長手方向と平行にし、基準面上のライン照明に焦点を合わせておく。照明後方のセンサーをセンサーA、前方のセンサーをセンサーBとする。また、ライン照明4の落射方向とセンサーAの光軸とのなす角θa とθbとは同じにしておく。ラインセンサー2は、明るさと色とが撮像できるようカラーセンサーを適用する。 The two line sensors 2 are arranged so that one can image the line illumination 4 on the reference plane from the front and the other from the rear. The cell array is parallel to the longitudinal direction of the line illumination, and the line illumination on the reference plane is focused. The sensor behind the illumination is referred to as sensor A, and the sensor ahead is referred to as sensor B. Further, the angles θa and θb formed by the incident direction of the line illumination 4 and the optical axis of the sensor A are set to be the same. The line sensor 2 applies a color sensor so that brightness and color can be imaged.
それぞれのセンサーで撮像した1ラインはライン照明4内をカメラの光軸にそって、基準平面に向かって射影した像となる。コネクター6を移動させつつ撮像したライン像をX方向、Y方向のスケール(1画素あたりの長さ)が一致するように一定の時間間隔で2次元に並べ、該画像をそれぞれのセンサー画像とする。画像のX方向のスケールは、センサーのセルサイズをカメラレンズの光学倍率で割った値、Y方向のスケールは、コネクター6の移動速度にセンサーの水平同期間隔をかけた値になる。 One line imaged by each sensor is an image projected in the line illumination 4 toward the reference plane along the optical axis of the camera. Line images captured while moving the connector 6 are two-dimensionally arranged at regular time intervals so that the scales (lengths per pixel) in the X and Y directions match, and the images are used as sensor images. . The scale in the X direction of the image is a value obtained by dividing the cell size of the sensor by the optical magnification of the camera lens, and the scale in the Y direction is a value obtained by multiplying the moving speed of the connector 6 by the horizontal synchronization interval of the sensor.
各センサー画像は、ライン照明4内のセンサー光軸上にピン先が現れたとき、その位置の照明色で明るく撮像され、それ以外のときは暗く撮像される。
<ピン先位置の算出>
それぞれのセンサー画像中から同じピンを撮像した対応するピン先の像を求め、ピン先位置を計算する。
Each sensor image is imaged brightly with the illumination color at that position when the pin tip appears on the sensor optical axis in the line illumination 4, and is imaged darkly at other times.
<Calculation of pin tip position>
A corresponding pin tip image obtained by imaging the same pin is obtained from each sensor image, and the pin tip position is calculated.
まず、センサーA画像中に現れるそれぞれのピン先の像について対応するセンサーB画像中のピン先の像を見つける。各センサーの画像では、対応するピンの像の間につぎの規則がある(図7参照)。 First, a pin tip image in the sensor B image corresponding to each pin tip image appearing in the sensor A image is found. In the image of each sensor, there is the following rule between the corresponding pin images (see FIG. 7).
それぞれのセンサー画像でセンサーセルの並び方向(X軸)は、必ず一致する。但し、これは、図2のカメラ構成が、設計通り像に歪やズレがないことが前提である。カメラ間に歪やズレがある場合は、チェスボード像などを使い、一般的なカメラキャリブレーション手法によって歪、ズレ量を補正するとよい。 The sensor cell alignment direction (X-axis) in each sensor image always matches. However, this is based on the premise that the camera configuration in FIG. 2 has no distortion or misalignment in the image as designed. If there is distortion or misalignment between the cameras, it is recommended to use a chessboard image or the like and correct the distortion and misalignment by a general camera calibration method.
つぎに、センサーA画像で赤く見える画像は、基準面の高さ(基準高さ)よりも高いピンであり、センサーBでは遅れて青く映る。逆に、センサーAで青く見える画像は、基準高さよりも低いピンであり、センサーBでは進んで映る。センサーAで赤と青の中間色に見える画像は、センサーBでも同じ色で遅れや進み無しに映る。 Next, the image that appears red in the sensor A image is a pin that is higher than the height of the reference surface (reference height), and the sensor B appears blue with a delay. Conversely, an image that appears blue with sensor A is a pin that is lower than the reference height, and sensor B will appear to move forward. An image that appears to be an intermediate color between red and blue on sensor A appears on sensor B in the same color with no delay or advance.
以上の規則を二つの画像で座標が近いピン先に適用すれば、対応するピン先を一対に決めることができる。 If the above rule is applied to the pin tips whose coordinates are close in the two images, the corresponding pin tips can be determined as a pair.
両方のセンサー画像中で対応するピン先を見つけることができれば、それぞれの画像中の座標から、以下の計算によってピン先の3次元位置を求めることができる。センサーA画像中に現れたピン先の座標を(Xa,Ya)、これに対応するセンサーB画像中のピン先の座標を(Xb, Yb)とすると、ピン先の3次元位置(x,y,z)は、以下の式(1)から(3)で表される。 If the corresponding pin tip can be found in both sensor images, the three-dimensional position of the pin tip can be obtained from the coordinates in each image by the following calculation. If the coordinates of the pin tip appearing in the sensor A image are (Xa, Ya) and the coordinates of the pin tip in the corresponding sensor B image are (Xb, Yb), the three-dimensional position (x, y) of the pin tip , Z) is expressed by the following equations (1) to (3).
但し、ライン照明4と各センサの光軸のなす角θは、θ=θa =θbとしている。 However, the angle θ formed by the line illumination 4 and the optical axis of each sensor is θ = θ a = θ b .
また、X軸方向とY軸方向の同じ距離が、画像中に同じ画素の違いとして撮像されるよう、各センサーの水平、垂直同期と、コネクターの移動速度を調整するものとし、式中のXa、Ya、およびXb、Ybは、各センサー画像中にピン先が現れる画素に1画素あたりの長さを乗じて計算した面内の位置であるとする。 Also, the horizontal and vertical synchronization of each sensor and the moving speed of the connector are adjusted so that the same distance in the X-axis direction and the Y-axis direction is captured as the same pixel difference in the image, and Xa in the equation , Ya and Xb, Yb are positions in the plane calculated by multiplying the pixel in which the pin tip appears in each sensor image by the length per pixel.
以上、図2の構成を使い、両センサー画像中にピン先の像が対応づけできれば、ピン先の3次元位置を求めることができる。 As described above, if the image of the pin tip can be associated with both sensor images using the configuration of FIG. 2, the three-dimensional position of the pin tip can be obtained.
図9は、本発明のコネクターピンの検査手順を示すフロー図である。 FIG. 9 is a flowchart showing a procedure for inspecting a connector pin of the present invention.
まず、移動ステージ7に測定対象5となるコネクター6のピン先を上面に向けてセットし、該ピン先を上面から垂直に照射するライン照明4の位置合わせ、および2つのカメラの光軸と基準面における測定対象5上の焦点位置の調整を行う(ステップS11〜S13)。 First, the pin tip of the connector 6 to be measured 5 is set on the moving stage 7 so as to face the top surface, alignment of the line illumination 4 that irradiates the pin tip perpendicularly from the top surface, and the optical axis and reference of the two cameras. The focal position on the measurement target 5 on the surface is adjusted (steps S11 to S13).
調整が終わった時点で、ステップS14において、移動制御部13は、移動ステージ7をY軸方向に移動させ、ステップS15において、撮像制御部12は、コネクタピンの移動に伴い、センサーA、Bによって撮像し、その撮像されたピンのライン映像を制御装置10が取得し、記憶装置100に保存する。 When the adjustment is completed, in step S14, the movement control unit 13 moves the moving stage 7 in the Y-axis direction. In step S15, the imaging control unit 12 uses the sensors A and B as the connector pins move. The control device 10 acquires the captured line image of the pin and stores it in the storage device 100.
ステップS16において、全ピンの撮像が完了したか否かを判定し、完了していなければ、完了となるまで、ステップS14〜S15を繰り返す。 In step S16, it is determined whether or not the imaging of all the pins has been completed. If it has not been completed, steps S14 to S15 are repeated until completion.
全ピンの撮像が完了した時点で、ステップS17において、制御装置10は、撮像ライン映像から時系列にY軸方向に並べた2次元画像をセンサー画像として作成する。 When the imaging of all the pins is completed, in step S17, the control device 10 creates a two-dimensional image arranged in the Y-axis direction in time series from the imaging line video as a sensor image.
つぎに、ステップS18において、2つのセンサー画像から対応ピンの3次元位置を式(1)〜(3)に基づいて算出する。 Next, in step S18, the three-dimensional position of the corresponding pin is calculated from the two sensor images based on the equations (1) to (3).
そして、ステップS19において、その算出結果を出力装置に出力する。 In step S19, the calculation result is output to the output device.
本発明は、コネクターピンの自動検査技術の分野に適用される。 The present invention is applied to the field of connector pin automatic inspection technology.
1 カメラ
2 ラインセンサー
3 レンズ
4 ライン照明
5 測定対象
6 コネクター
7 移動ステージ
10 制御装置
11 照明制御部
12 撮像制御部
13 移動制御部
100 記憶装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Camera 2 Line sensor 3 Lens 4 Line illumination 5 Measuring object 6 Connector 7 Movement stage 10 Control apparatus 11 Illumination control part 12 Imaging control part 13 Movement control part 100 Storage device
Claims (5)
前記照明手段によってライン状の照明光が照射されている範囲内の所定位置をコネクターのピン先が通過するよう該コネクターを把持し移動する移動手段と、
前記コネクターの移動方向に対し前記ライン照明の斜め前方と斜め後方に配置された2台のカメラによって前記ピン先を撮像する撮像手段と、
前記カメラが撮像した2枚の画像から前記コネクターのピン先の三次元位置を算出する位置算出手段と、
を有することを特徴とするコネクターピン検査装置。 Illumination means for irradiating the pin tip of the connector with linear illumination light;
A moving means for gripping and moving the connector so that a pin tip of the connector passes through a predetermined position within a range where the linear illumination light is irradiated by the illumination means;
Imaging means for imaging the pin tip with two cameras arranged obliquely forward and obliquely behind the line illumination with respect to the movement direction of the connector;
Position calculating means for calculating a three-dimensional position of the pin tip of the connector from two images captured by the camera;
A connector pin inspection device characterized by comprising:
ライン状の照明光を照射する照明工程と、
前記ライン照明の所定位置内をコネクターのピン先が通過するよう該コネクターを把持し移動する移動工程と、
前記コネクターの移動方向に対し前記ライン照明の斜め前方と斜め後方に配置された2台のカメラによって前記ピン先を撮像する撮像工程と、
前記カメラが撮像した2枚の画像から前記コネクターのピン先の三次元位置を算出する位置算出工程と、
を有することを特徴とするコネクターピン検査方法。 An inspection method applied to a connector pin inspection apparatus having two or more line illuminations arranged in parallel and different in illumination color from two cameras by line sensors,
An illumination process for irradiating line-shaped illumination light;
A moving step of gripping and moving the connector so that a pin tip of the connector passes through a predetermined position of the line illumination;
An imaging step of imaging the pin tip with two cameras arranged diagonally forward and diagonally behind the line illumination with respect to the moving direction of the connector;
A position calculating step for calculating a three-dimensional position of the pin tip of the connector from two images captured by the camera;
A method for inspecting a connector pin, comprising:
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