JP3570815B2 - 部品実装機用画像撮像装置 - Google Patents

Description

【発明の属する技術分野】
本発明は産業用自動設備等に搭載される部品認識装置に関し、特にその画像撮像装置に関するものである。
【従来の技術】
以下図を参照しながら従来技術を説明する。図７は部品認識装置のブロック構成を示すもので、１１は部品把持ノズル、１２は対象電子部品、３１はＣＣＤカメラ、３２は照明装置、３３は鏡筒である。以上のように構成された従来例の画像撮像装置についてその動作を説明する。図７において、部品把持ノズル１１によって把持された対象部品１２は、ＣＣＤカメラ３１鉛直上で一時停止し、部品認識を行う。対象電子部品１２は、照明装置３２によってカメラの露光に十分な光量で照明され、光の進行方向を鏡筒３３で変更した後、カメラ３１に取り込まれ、次のステージに移動する。ここで用いられる照明装置３２は、例えば複数のＬＥＤを基板上に配列して構成され、電子部品の視野サイズ全体を均一に照明できるように設計されている。例えば、部品サイズが□６０ｍｍである場合、□６０ｍｍ視野サイズ内を均一に照明するように設計されており、そのために照明むらを防止するための拡散板を挿入する等の工夫が行われている。
【発明が解決しようとする課題】
ところが、カメラとしてラインセンサを用いて撮像を行う場合、ラインセンサ撮像ラインを重ね合わせて１つの視野サイズとするため、特に部品を高速に走査する場合には、照度不足で受光素子の電荷チャージが不十分になることがあった。また、指向性の高い光源を用いた場合に、撮像ラインの照度を上げるため光源の高さを低くすると、撮像ラインの照度むらが発生しやすくなるといった問題もあった。
【課題を解決するための手段】
本発明の部品実装機用画像撮像装置においては、１列もしくは複数列の受光素子と前記受光素子に蓄積された電荷を出力部に転送するＣＣＤレジスタを備えたラインセンサと、電子部品を透過または反射照明する１つもしくは複数の指向性の高い光源を備えた照明装置を具備した部品実装機用画像撮像装置において、前記１つもしくは複数の光源をラインセンサ撮像ラインに対し集光させることを特徴とするものである。
本発明によれば、各光源はラインセンサ撮像ラインに集光するので、センサのチャージ不足に起因する感度不足を解消し、高速に画像を撮像し、低コストな部品実装機用画像撮像装置を実現することができる。
【発明の実施の形態】
本発明の請求項１記載の発明は、
「1列もしくは複数列の受光素子と前記受光素子に蓄積された電荷を出力部に転送す るＣＣＤレジスタを備えたラインセンサと、電子部品を透過または反射照明する１つも しくは複数の指向性の高い光源を備えた照明装置を具備した部品実装機用画像撮像装置 において、
電子部品の中心に対して一定角度及び部品認識位置まで一定の長さを保って配置 され、ラインセンサ撮像ラインと直交する方向にある部品走査方向に対して直交する方 向に照射し、部品への照明を行う水平方向照明手段と、電子部品の中心に対して一定半 径の円周上で一定の角度を保って配置され、部品走査方向に対して平行方向に照射し、 部品を照明する鉛直方向照明手段を具備し、
前記水平方向照明手段は、部品認識面と略直角に配置した照明手段と、部品認識 面と略平行に配置した照明手段の２種類の照明手段を有し、
前者の照明手段の部品認識位置までの長さｌ₁及び
後者の照明手段の部品認識位置までの長さｌ₂は、
次式を満たし、ラインセンサ撮像ラインに対して集光させるようにしたことを特 徴とする部品実装機用画像撮像装置。
ｌ₁＝（ｂ＋ａ／２）・ｔａｎφ₁
ｌ₂＝（ａ／２）・ｔａｎφ₂
但し、
ａ ラインセンサの撮像ラインの長手方向の長さ
ｂ 照明手段の長さ
φ₁ 、φ₂は照明手段の電子部品中心に対する照明の角度」
であり、各光源はラインセンサ撮像ラインに集光するので、センサのチャージ不足に起因する感度不足を解消し、高速に画像を撮像することが可能となり、低コストな部品実装機用画像撮像装置を実現することができる。
また、ラインセンサ撮像ラインの長手方向に対しても、また、短手方向に対しても、効率よく照明を集光することが可能である。
請求項２に記載の発明は、鉛直方向照明手段は、水平方向照明手段の照明高さに合わせて決定される配置半径上に設置されることを特徴とする請求項２記載の部品実装機用画像撮像装置であり、ラインセンサ撮像ラインの短手方向の集光性を失うことなく、撮像ラインの照度むらの発生を防止することができる。
このように、光源の輝度、角度および波長を可変にすることによって、光反射特性の異なる電子部品に対して最適な光源を適用して画像を撮像することが可能となる。
以下に本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。以下に示す構成において、従来例の画像撮像装置と同一のものは同一符号を付して説明を省略する。
図１は本発明の部品実装機用画像撮像装置の構成を示す正面図である。図において、１４、１５は部品走査方向に対して直行する方向に照射する水平方向照明手段、１６、１７、１８、１９、２０は部品走査方向に対して平行方向に照射する鉛直方向照明手段、２１は電子部品走査方向、２２はラインセンサ撮像ラインである。照明手段１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０は指向性の高いＬＥＤを多数平面配置した構成となっている。図２は本発明の部品実装機用画像撮像装置の構成を示すラインセンサ撮像ラインの長手方向側面図である。図において、１１は部品把持ノズル、１２は対象電子部品である。図３は本発明の部品実装機用画像撮像装置の構成を示すラインセンサ撮像ラインの短手方向側面図である。図４は転送された画像データの合成方法である。図５は本発明の光源の角度を可変にする場合の方法を示す図で、４１はＬＥＤ、４２はＬＥＤ実装基板である。図６は本発明の光源の角度を可変にする場合の構成を示す一例で、３０は照明手段である。
以上の構成において図を参照して各部の動作を説明する。図２において、部品把持ノズル１１によって把持された対象電子部品１２は、ラインセンサ撮像ライン２２の長手方向に平行方向、すなわち紙面平行方向に走査される。ラインセンサ撮像ライン２２ごとの画像データは、図４において例示されているように、長手方向の長さをａ、ピッチをｐとすれば、その画像データをｎ個重ね合わせて視野サイズａ×ｎｐの画像データとして、例えば認識処理ボードへ転送される。一般にａとｐは画像のサイズと分解能にあたり、例えば、視野サイズ□６０ｍｍであれば、ａ＝６０ｍｍ．ｐ＝４０μｍ程度が一般的である。ここで、図２に示すように、水平方向照明手段は、部品認識面と略直角に配置した照明手段１４と部品認識面に対して略平行に配置した照明手段１５からなり、前者の照明手段は対象電子部品１２の中心に対して角度φ₁ 、後者の照明手段はφ₂ を保って照明を行うように取り付けられており、また、図３に示すように、鉛直方向照明手段１６、１７、１８、１９、２０は、対象電子部品１２の中心に対して半径ｒの円周上で、角度φ₃ ．φ₄ ．φ₅ ．φ₆ ．φ₇ を保って照明を行うように取り付けられている。このとき、水平方向照明手段１５の長さｂは、視野サイズａの半分以上、すなわちｂ≧（ａ／２）とする。また、照明手段１４の長さは、照明角度φ₁ で決定され、部品認識位置までの長さｌ₁ 内にＬＥＤが高密度に平面配置されている。この構成で照明手段を配置すれば、ラインセンサ撮像ラインの長手方向ｓに対しても、また短手方向ｐに対しても、それぞれ効率よく照明を集光させることが可能となる。また、照明手段として本実施例のように指向性の高い光源を用いた場合、ラインセンサ撮像ラインに対する照度むらが発生し易くなる。特に、集光性を高めた上でさらに照度を上げるため、図２における照明手段１４，１５の部品認識位置までの長さである照明高さｌ₁ 、ｌ₂ を低くした場合には、ラインセンサ撮像ラインの長手方向で照度むらが発生する可能性がある。そこで、水平方向照明手段１４，１５の照明高さｌ₁ 、ｌ₂ としては次式を満たすように決定する。
ｔａｎφ₁ ＝ｌ₁ ／（ｂ＋ａ／２）
ｔａｎφ₂ ＝ｌ₂ ／（ａ／２）
∴ｌ₁ ＝（ｂ＋ａ／２）・ｔａｎφ₁ （１）
∴ｌ₂ ＝（ａ／２）・ｔａｎφ₂ （２）
ここで、φ₁ 、φ₂ は照明手段１４、１５の照明角度である。このようにして
ｌ₁ およびｌ₂ を決定することによって、水平方向照明手段１４、１５は対象電子部品１１の中心位置から左右対称の長手方向照射サイズｓを均一に照らすことが可能となる。すなわち、ｓ≧ａとなるようにｓを決定した上で、式（１）、（２）によって水平方向照明手段１４、１５の照明高さｌ₁ 、ｌ₂ を決定すれば、ラインセンサ撮像ラインの長手方向の照度むらの発生を防止することが可能となる。また、水平方向照明手段１５の照明高さｌ₂ に合わせて、鉛直方向照明手段１６〜２０の配置半径ｒを決定すれば、ラインセンサ撮像ラインの短手方向ｐの集光性を失うことなく照度むらの発生を防止することができる。本実施例では指向性の高い照明手段として、ＬＥＤを多数平面配置した構成としているが、ＬＥＤ以外の面発光光源でももちろん可能である。また、鉛直方向照明手段として、本実施例では角度φ₃ 〜φ₇ で照明を行う５つの照明手段を用いているが、もちろん円周上に配置されていればその数は問わない。さらに、各光源の波長を可変にすることにより、反射率の異なる電子部品に対して、反射率の最適な波長を有する光源を用いることができる。図５は照明角度を可変にする方法を示した一例で、照明手段であるＬＥＤ４１のリードをある角度φだけ一様に曲げた状態でＬＥＤ実装基板４２上に実装している。
もちろん、ＬＥＤ実装基板自体を撮像対称に対し、あらかじめある角度傾斜して取り付けた上で、さらにＬＥＤのリードを曲げることによって角度調整することも可能である。こうすることによって、低コストで照明角度をつけることが可能となる。また、図６は最上部の照明手段３０を４つ増やした場合の実施例で、この照明手段３０を電子部品の認識対象形状に応じてオンオフ制御することにより、ラインセンサ撮像ラインに対する照明輝度を可変にすることができる。例えば、ＢＧＡ(Ball Grid Array) 等のパッケージの電子部品の全ボール認識を行う場合、例えば、球状のボール部分に対しては、可能な限り全方向から照明を当てて、ボールを円形もしくはドーナツ状で撮像することがその後の認識処理において必要な場合において、この照明手段は有効である。もちろん、その照度および波長も対象電子部品の反射率に応じて可変にすることも効果的となる。
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、ラインセンサを用いて電子部品を高速に撮像する場合に問題となる照度不足に対して、本発明によれば各光源はラインセンサ撮像ラインに集光するので、集光性を高めるとともに、照度むらを最小限に押さえることができ、センサのチャージ不足に起因する感度不足を解消し、高速撮像が可能な部品実装機用画像撮像装置を低コストで提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の部品実装機用画像撮像装置を示す正面図である。
【図２】本発明の一実施例の部品実装機用画像撮像装置を示すラインセンサ撮像ラインの長手方向側面図である。
【図３】本発明の一実施例の部品実装機用画像撮像装置を示すラインセンサ撮像ラインの短手方向側面図である。
【図４】ラインセンサで撮像された画像データの合成方法である。
【図５】本発明の一実施例の部品実装機用画像撮像装置で照明角度が可変である場合の概略図である。
【図６】本発明の一実施例の部品実装機用画像撮像装置で照明輝度を可変にする場合の部品実装機用画像撮像装置を示す正面図である。
【図７】部品実装機用画像撮像装置の従来例を示す概要図である。
【符号の説明】
１１ 部品把持ノズル
１２ 対象電子部品
１４、１５ 部品走査方向に対して水平方向の照明手段
１６、１７、１８、１９、２０ 部品走査方向に対して鉛直方向の照明手段
２１ 電子部品走査方向
２２ ラインセンサ撮像ライン
３０ 可変照明手段
３１ ＣＣＤカメラ
３２ 照明装置
３３ 鏡筒
４１ ＬＥＤ
４２ ＬＥＤ実装基板

Claims (2)

1. １列もしくは複数列の受光素子と前記受光素子に蓄積された電荷を出力部に転送する ＣＣＤレジスタを備えたラインセンサと、電子部品を透過または反射照明する１つもし くは複数の指向性の高い光源を備えた照明装置を具備した部品実装機用画像撮像装置に おいて、
   電子部品の中心に対して一定角度及び部品認識位置まで一定の長さを保って配置 され、ラインセンサ撮像ラインと直交する方向にある部品走査方向に対して直交する方 向に照射し、部品への照明を行う水平方向照明手段と、電子部品の中心に対して一定半 径の円周上で一定の角度を保って配置され、部品走査方向に対して平行方向に照射し、 部品を照明する鉛直方向照明手段を具備し、
   前記水平方向照明手段は、部品認識面と略直角に配置した照明手段と、部品認識 面と略平行に配置した照明手段の２種類の照明手段を有し、
   前者の照明手段の部品認識位置までの長さｌ₁及び
   後者の照明手段の部品認識位置までの長さｌ₂は、
   次式を満たし、ラインセンサ撮像ラインに対して集光させるようにしたことを特 徴とする部品実装機用画像撮像装置。
   ｌ₁＝（ｂ＋ａ／２）・ｔａｎφ₁
   ｌ₂＝（ａ／２）・ｔａｎφ₂
   但し、
   ａ ラインセンサの撮像ラインの長手方向の長さ
   ｂ 照明手段の長さ
   φ₁ 、φ₂は照明手段の電子部品中心に対する照明の角度
2. 鉛直方向照明手段は水平方向照明手段の照明高さに合わせて決定される配置半径上に設置されることを特徴とする請求項２記載の部品実装機用画像撮像装置。

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