JP4421281B2 - 部品認識方法、部品認識装置、表面実装機、部品試験装置および基板検査装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＩＣ等の電子部品を吸着ノズルにより負圧吸着して搬送するように構成された表面実装機や部品試験装置等に適用される部品認識方法、部品認識装置および前記部品認識装置を備えた表面実装機、部品試験装置並びに基板検査装置に関するものである。

従来から、吸着ノズルを備えた移動可能なヘッドユニットにより部品供給部からＩＣ等のチップ部品を負圧吸着し、プリント基板上の所定位置に搬送して実装するように構成された表面実装機が一般に知られている。

この種の表面実装機では、部品の吸着ミスや吸着ズレに伴う実装不良を防止するために、事前（実装前）に吸着部品を画像認識してその吸着状態を調べることが行われており、一般には、ＣＣＤエリアセンサ又はＣＣＤラインセンサ（リニアセンサ）を備えたカメラを表面実装機の基台上に上向きに設置し、部品吸着後、ヘッドユニットをこのカメラ上に移動させて吸着部品を撮像することにより行われている（例えば、特許文献１）。

また、ヘッドユニットの複数カ所にマークを設け、これらのマークを順次撮像してその位置関係を認識することよりヘッドユニットの移動量や移動方向に関する誤差（駆動誤差という）を検出し、これにより部品の実装位置（目標位置）を補正することも行われている。

あるいはまた、部品の吸着状態をより正確に認識するために、例えばヘッドユニットの実装用ヘッドの近傍にマークを設け、このマークを吸着部品と共に撮像することによりこのマークと吸着部品との相対的な位置関係から部品の吸着状態を認識することが行われている。その場合、例えば丸、三角、あるいは四角といった点状のマーク（ポイントマーク）を設け、このマークと吸着部品との相対的な位置関係を求めるものが一般的である。

その一例として、図１２（ａ）に、従来の部品認識方法における一般的な吸着位置ズレ検出の説明図を示す。吸着された電子部品Ｑの位置ズレを認識するため、電子部品Ｑと共にポイントマーク９１が同一画面内に撮像される。図中、実線で示すＱ’は実際に撮像された電子部品Ｑの撮像状態、二点鎖線で示すＱ’’は、吸着ズレが全くないと想定したときの電子部品Ｑの理想状態である。ポイントマーク９１は点状のマークであって、吸着ノズルと一体に設けられている。従ってポイントマーク９１と吸着ノズルとの相対位置関係は既知であり、不変である。

ポイントマーク９１の中心を基準点ａとしてＸ−Ｙ座標を設定すると、撮像状態Ｑ’は理想状態Ｑ’’に対して、Ｘ軸方向にΔＸ、Ｙ軸方向にΔＹだけずれている。これが吸着位置ズレとして検出される。実装時には、この吸着位置ズレを打ち消すように、設定されている実装位置に対して（−ΔＸ，−ΔＹ）の補正を加える。

なお図１２（ａ）では、説明のために、ΔＸ、ΔＹの大きさを実際よりも大きく誇張して示している。また後述する図１２（ｂ），（ｃ）、図６及び図７における画像の歪みについても同様に大きく誇張して示す。
特開平５−２０６６８１号公報

近年、超高密度実装化が進んでおり極小部品を高精度に、かつ高速で実装することが要求されており、そのため、上記のように吸着部品を画像認識して実装位置（目標位置）に関する補正情報を得る場合には、より多くの信頼性の高い情報を速やかに取得する必要が生じている。

しかし上記のような単一のポイントマークによる補正では精度の向上に限界があり、上記要求に応えられなくなりつつある。例えば、撮像した画像に歪み（スケール変化を含む）が生じていると部品を正確に認識する上での妨げとなるが、上記のような方法ではこのような画像歪みの補正情報を得ることはできなかった。そのため従来の方法で画像の歪みを補正するためには、複数のポイントマークを使用しており、より高い認識精度を要求する場合は認識回数が多くなり、実装速度の低下を招くものであった。

またポイントマークの数をただ増やしただけでは充分な精度が得られない場合があった。そのような例について図１２（ｂ），（ｃ）を参照しつつ説明する。図１２（ｂ）は、図１２（ａ）と同様、従来の部品認識方法における一般的な吸着位置ズレ検出の概念図を示す。ここでは、精度向上を図って２個のマーク（ポイントマーク９１，９３）を用いている。撮像された画像は、ポイントマーク９１を基準としたとき、撮像状態Ｑ’が理想状態Ｑ’’と完全に一致している。しかしポイントマーク９３が、本来中心座標ｃ（ｂ，ｄ）にあるべきところ、中心座標ｃ’（ｂ’，ｄ’）にずれて写っている。これは、撮像された画像に何らかの歪みが生じていることを示している。従って、ポイントマーク９１だけから見ると全く吸着位置ズレがないように見える電子部品Ｑであるが、実は吸着位置ズレのあることがわかる。

電子部品Ｑの吸着位置ズレを求めるためには、撮像されたポイントマーク９３’が元のポイントマーク９３に重なるような画像補正処理を施せば良い。しかし、その補正量が一義的に決められないという問題が起こっている。即ち、座標ｃが座標ｃ’にずれたというとき、矩形領域ａｂｃｄが、矩形領域ａｂ’ｃ’ｄ’のように歪んだのか、台形領域ａｂｃ’ｄ’’のように歪んだのか特定できない（他に何通りもの歪みパターンが想定できる）。従って画像補正処理に不正確さを残し、吸着位置ズレ精度の向上を困難としている。

また図１２（ｃ）は、更なる精度向上を図って４個のマーク（ポイントマーク９１，９２，９３，９４）を用いた従来例である。撮像状態Ｑ’は、ポイントマーク９１を基準としたとき、理想状態Ｑ’’と完全に一致している。またポイントマーク９２，９３及び９４も、本来の位置に写っている。従って、一見電子部品Ｑの吸着位置ズレが全くないように見える。しかし、実は矩形領域ａｂｃｄが領域ａｂｔｃｄｓのように歪んでいる（直線ｂｃが曲線ｂｔｃに、直線ｄａが曲線ｄｓａになるように、Ｙ軸方向中央部がＸ軸方向プラス側に歪んでいる）という可能性がある。その場合、電子部品Ｑには吸着ズレがあることになるが、この従来例ではそれを認識することができない。

なお、このような課題は表面実装機に限らず、例えば、電子部品を吸着ノズルにより負圧吸着した状態で検査装置に搬送して各種試験を実施する部品試験装置や、基板上に実装された部品を画像認識することにより実装状態を検査する基板検査装置等についても同様に生じている。すなわち、部品試験装置では、部品を検査装置に搬送する際に部品の吸着状態を画像認識することにより試験装置に対する部品の位置決め精度を高めることが行われており、近年では、例えば極小部品を高精度に、かつ高速で検査装置へ位置決めして検査を施すことが求められている。また、基板検査装置については、超高密度実装された部品の実装状態を短時間で正確に認識することが要求されている。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであって、実装用ヘッドによる部品の吸着状態や、基板上に実装された部品の実装状態をより迅速、かつ正確に認識することができるようにすることを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明は、電子部品を吸着ノズルにより吸着して目的位置まで搬送する際に前記吸着ノズルによる吸着部品を撮像手段により撮像して該部品の吸着状態を画像認識する方法において、直線部分を有する線形マークと共に吸着部品を撮像し、撮像された線形マークの前記直線部分が画像歪みにより曲線として撮像された場合に、その曲線の最も張り出した点を抽出し、抽出された点を通る直線によって前記曲線を近似し、近似された直線を基準に前記部品の吸着状態を認識することを特徴とする（請求項１）。

この方法によると、線形マークの屈曲状態を直線近似に基づき認識することによって、不規則な歪みであっても検知することができる。従って、点状のマークを用いる従来の方法よりも、画像の歪み補正の精度を格段に向上させることができる。或いは、同程度の要求精度であれば認識回数を格段に削減することができる。こうして補正された画像に基づいて電子部品の吸着状態を認識することができるので、より迅速かつ高精度の認識を行うことができる。

また本発明は、電子部品を吸着ノズルにより吸着して目的位置まで搬送する間に前記吸着ノズルによる吸着部品を撮像手段により撮像して該部品の吸着状態を画像認識する装置において、前記吸着ノズルの近傍に直線部分を有する線形マークが設けられ、前記撮像手段により前記吸着部品を前記線形マークと共に撮像し、撮像された線形マークの前記直線部分が画像歪みにより曲線として撮像された場合に、その曲線の最も張り出した点を抽出し、抽出された点を通る直線によって前記曲線を近似し、近似された直線を基準に前記部品の吸着状態を認識することを特徴とする（請求項２）。

この装置によると、請求項１の方法を具体的に実現した部品認識装置を得ることができる。そして、吸着ノズルが搭載された移動可能なヘッドユニットの前記吸着ノズルにより部品供給部から電子部品を吸着し、前記各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識してから目的位置である実装作業位置にセットされた基板上に実装する表面実装機において、前記各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識する手段として、請求項２に記載の部品認識装置を備える（請求項３）ようにすれば、実装速度を高めつつ、実装位置精度が高い、高密度実装に適した表面実装機を得ることができる。

また、吸着ノズルが搭載された移動可能なヘッドユニットの前記吸着ノズルにより部品供給部から電子部品を吸着し、前記各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識してから目的位置である検査手段に移載して各種検査を行う部品試験装置において、前記各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識する手段として、請求項２に記載の記載の部品認識装置を備える（請求項４）ようにすれば、検査速度を高めつつ、検査位置精度の高い部品試験装置を得ることができる。

さらに本発明は、基板上に装着された電子部品を撮像手段により撮像して該部品の装着状態を画像認識する方法において、直線部分を有する線形マークを前記基板上に予め設けておき、装着部品を前記線形マークと共に撮像し、撮像された線形マークの前記直線部分が画像歪みにより曲線として撮像された場合に、その曲線の最も張り出した点を抽出し、抽出された点を通る直線によって前記曲線を近似し、近似された直線を基準に前記部品の装着状態を認識することを特徴とする（請求項５）。

この方法によると、線形マークを用いることによって、請求項１に示す方法と同様、点状のマークを用いる従来の方法よりも、画像の歪み補正の精度を格段に向上させることができる。或いは、同程度の要求精度であれば認識回数を格段に削減することができる。従って、こうして補正された画像に基づいて電子部品の装着状態を認識することができるので、より迅速かつ高精度の認識を行うことができる。

そしてまた本発明は、基板上に装着された電子部品を撮像手段により撮像して該部品の装着状態を画像認識する装置において、直線部分を有する線形マークが設けられた基板上の装着部品を前記線形マークと共に前記撮像手段により撮像し、撮像された線形マークの前記直線部分が画像歪みにより曲線として撮像された場合に、その曲線の最も張り出した点を抽出し、抽出された点を通る直線によって前記曲線を近似し、近似された直線を基準に前記部品の装着状態を認識することを特徴とする（請求項６）。

この装置によると、請求項５の方法を具体的に実現した部品認識装置を得ることができる。そして、移動可能な撮像手段により基板上に装着された電子部品を撮像してその装着状態を画像認識する基板検査装置において、前記基板上の部品の装着状態を画像認識する手段として、請求項６に記載の部品認識装置を備える（請求項７）ようにすれば、検査速度を高めつつ、検査精度が高い、高密度実装基板の検査に適した基板検査装置を得ることができる。

以上の説明で明らかなように、本発明によると、電子部品を吸着ノズルにより吸着して目的位置まで搬送する際に前記吸着ノズルによる吸着部品を撮像手段により撮像して該部品の吸着状態を画像認識する方法や装置において、直線部分を有する線形マークと共に吸着部品を撮像し、撮像された線形マークの前記直線部分が画像歪みにより曲線として撮像された場合に、その曲線の最も張り出した点を抽出し、抽出された点を通る直線によって前記曲線を近似し、近似された直線を基準に前記部品の装着状態を認識することを特徴とするので、実装用ヘッドによる部品の吸着状態や、基板上に実装された部品の実装状態をより迅速、かつ正確に認識することができる。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。

図１及び図２は、本発明の第１実施形態として、部品認識装置が搭載される表面実装機を概略的に示している。同図に示すように、実装機の基台１上には、プリント基板搬送用のコンベア２が配置され、プリント基板３がこのコンベア２上を搬送されて所定の装着作業位置で停止されるようになっている。

なお、プリント基板３上には、基台１に対する当該プリント基板３の位置を特定するための線形マーク５が形成されている。線形マーク５は、プリント基板３の対角線上の二隅にそれぞれ設けられており、Ｘ軸方向（コンベア２の方向）の線及びＹ軸方向（水平面上でＸ軸と直交する方向）の線からなるＬ字状のマークである。

上記コンベア２の両側には、部品供給部４が配置されている。これらの部品供給部４には、多数列のテープフィーダー４ａが設けられている。各テープフィーダー４ａは、各々、ＩＣ、トランジスタ、コンデンサ等の小片状のチップ部品を所定間隔おきに収納、保持したテープがリールから導出されるように構成されており、後述のヘッドユニット６により電子部品が間欠的に取り出されるようになっている。

上記基台１の上方には、部品装着用のヘッドユニット６が装備されている。このヘッドユニット６は、部品供給部４とプリント基板３が位置する部品装着部とにわたって移動可能とされ、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動することができるようになっている。

すなわち、基台１上には、Ｙ軸方向の固定レール７と、Ｙ軸サーボモータ９により回転駆動されるボールねじ軸８とが配設され、上記固定レール７上にヘッドユニット支持部材１１が配置されて、この支持部材１１に設けられたナット部分１２が上記ボールねじ軸８に螺合している。また、上記支持部材１１には、Ｘ軸方向のガイド部材１３と、Ｘ軸サーボモータ１５により駆動されるボールねじ軸１４とが配設され、上記ガイド部材１３にヘッドユニット６が移動可能に保持され、このヘッドユニット６に設けられたナット部分（図示せず）が上記ボールねじ軸１４に螺合している。そして、Ｙ軸サーボモータ９の作動により上記支持部材１１がＹ軸方向に移動するとともに、Ｘ軸サーボモータ１５の作動によりヘッドユニット６が支持部材１１に対してＸ軸方向に移動するようになっている。

また、Ｙ軸サーボモータ９及びＸ軸サーボモータ１５には、それぞれエンコーダ９ａ，１５ａが設けられており、これによって上記ヘッドユニット６の移動位置が検出されるようになっている。

上記ヘッドユニット６には、電子部品を保持する保持手段として、部品吸着用の吸着ノズル１６ａを先端に備えた複数の実装用ヘッド１６が設けられている。この実装用ヘッド１６は、ヘッドユニット６のフレームに対して昇降（Ｚ軸方向の移動）及びノズル中心軸（Ｒ軸）回りの回転が可能とされ、図外のＺ軸サーボモータ等の昇降駆動手段及びＲ軸サーボモータ等の回転駆動手段により作動されるようになっている。なお、本実施形態では、実装用ヘッド１６が６個配設された構成を示している。

また、上記実装機には、図３に示すように、部品認識装置２０が搭載されている。この部品認識装置２０は、部品供給部４の内側における基台１上でＸ軸方向に延びる反射部１７と、各吸着ノズル１６ａに対応してＸ軸方向に整列した状態でヘッドユニット６に取り付けられたカメラ１８と、各吸着ノズル１６ａに対応してヘッドユニット６に固定された照明装置１９と、吸着ノズル１６ａ毎にヘッドユニット６に配設された線形マーク２６とを備えている。

上記反射部１７は、図３に示すように、基台１上にフレーム２１を介して固定されたミラー２２を備えている。

照明装置１９は、多数配列されたＬＥＤ２５を備え、この発光によって電子部品Ｑを照明する。即ち、ＬＥＤ２５からの光がミラー２２に反射して電子部品Ｑの部品下面Ｑ１や線形マーク２６を照明する（光軸Ｋ１）。その光は部品下面Ｑ１等で反射した後、再びミラー２２に反射してカメラ１８のレンズに入射するようになっている（光軸Ｋ２）。つまりカメラ１８は照明された部品下面Ｑ１や線形マーク２６の像をミラー２２を介して撮像する。

ミラー２２は、反射部１７の全長に亘り設けられた短冊状のミラーである。従って、ヘッドユニット６が部品供給部４の上部とプリント基板３の上部との間を移動する間に、ヘッドユニット６がＸ軸上可動範囲内のいずれの位置にあっても、各実装用ヘッド１６はミラー２２の上部を通過するようになっている。このようにすることにより、吸着ノズル１６ａが部品供給部４で電子部品Ｑを吸着してから、プリント基板３の所定位置に移動する間、ヘッドユニット６がいかなる経路をとってもミラー２２を介した撮像がなされるようになっている。当実施形態では、ヘッドユニット６が部品吸着位置から実装位置までの最短経路をとって移動するように設定されている。

上記カメラ１８は、エリアセンサからなる撮像手段であり、ヘッドユニット６が反射部１７上を通過するときに、ミラー２２に映された部品下面Ｑ１の像を撮像する（光軸Ｋ２）ようになっている。また、部品供給部４の上部において、吸着する電子部品Ｑを撮像したり、プリント基板３への実装を開始するときにはプリント基板３に設けられた線形マーク５を撮像したり、或いはプリント基板３に実装後の電子部品Ｑを撮像したりする。

上記線形マーク２６は、吸着ノズル１６ａの周囲を矩形状に取り囲むように設けた壁状体２６ａの下面に形成されており、壁状体２６ａはカメラ１８の撮像範囲内となるヘッドユニット６の下面に立設されている。従って、カメラ１８により撮像された画像には、照明装置１９により明るくされた部品下面Ｑ１とともに線形マーク２６が映し出されることとなる。

図４は、カメラ１８による撮像画面の説明図である。画像の認識範囲Ｍ内に、部品下面Ｑ１と線形マーク２６とが共に撮像されている。線形マーク２６と吸着ノズル１６ａとの位置関係は既知なので、この画面から線形マーク２６と部品下面Ｑ１との位置関係を求めることによって吸着ノズル１６ａと電子部品Ｑとの位置関係（吸着位置ズレなど）を求めることができる。

図５は、上記実装機の制御系を概略ブロック図で示している。当実施形態の実装機は、論理演算を実行する周知のＣＰＵ、そのＣＰＵを制御する種々のプログラムなどを予め記憶するＲＯＭおよび装置動作中に種々のデータを一時的に記憶するＲＡＭ等から構成されるコントローラ３０を有している。このコントローラ３０は、機能構成として主制御部３２、軸制御部３４、照明制御部３６、カメラ制御部３８および画像処理部４０を含んでいる。

主制御部３２は、実装機の動作を統括的に制御するもので、予め記憶されたプログラムに従ってヘッドユニット６等を作動させるべく軸制御部３４を介してサーボモータ９，１５等の駆動を制御するとともに、カメラ１８により撮像される部品画像に基づいて吸着ノズル１６ａによる部品吸着の有無判別や部品の吸着ズレ量の演算を行う。

軸制御部３４は、エンコーダ９ａ，１５ａからの信号によってヘッドユニット６の現在位置（Ｘ，Ｙ）を検知しながら、Ｙ軸サーボモータ９及びＸ軸サーボモータ１５を駆動制御してヘッドユニット６を所定の位置に移動させる。また照明制御部３６およびカメラ制御部３８は、照明装置１９およびカメラ１８の駆動を制御する。なお、照明制御部３６は照明装置１９を直接に制御するのではなく、図５に破線で示すように、カメラ１８を介して照明装置１９を制御するようにしても良い。

画像処理部４０は、カメラ１８から出力される画像信号に所定の処理を施すことにより部品認識に適した画像データを生成して主制御部３２に出力するものである。主制御部３２では、その画像データに基づいて電子部品Ｑの認識を行う。その際、撮像角度やミラー２２の影響等によって画像に歪みが生じている場合があるので、それを補正して認識するようになっている。

図６は、撮像画像に歪みが生じている場合の補正方法の説明図である。この図において、元の線形マーク２６（矩形ＡＢＣＤ。二点鎖線で示す。）は、画像の歪みによって線形マーク２６’（四角形Ａ’Ｂ’Ｃ’Ｄ’）のように撮像されている。図では、見易くするために点Ａ’、点Ｂ’及び点Ｄ’は元の点Ａ、点Ｂ及び点Ｄと重なっており、点Ｃ’のみが点Ｃから内側に入り込むように歪んでいる状態を示している。なお、直線ＡＢ、直線ＢＣ、直線ＣＤ及び直線ＤＡの各中点を、それぞれ点Ｅ、点Ｆ、点Ｇ及び点Ｈとし、直線Ａ’Ｂ’、直線Ｂ’Ｃ’、直線Ｃ’Ｄ’及び直線Ｄ’Ａ’の各中点を、それぞれ点Ｅ’、点Ｆ’、点Ｇ’及び点Ｈ’とする。

このとき、元の線形マーク２６の中心点Ｐ（直線ＥＧと直線ＨＦとの交点）は、撮像された線形マーク２６’の中心点Ｐ’（直線Ｅ’Ｇ’と直線Ｈ’Ｆ’との交点）に移動している。以下に、この中心点Ｐ’の座標を求める方法について詳述する。

まず画像データから、点Ｅ’（直線Ａ’Ｂ’の中点）及び点Ｇ’（直線Ｃ’Ｄ’の中点）の位置を認識し、それらの位置ベクトルを（Ｅ’）及び（Ｇ’）とする。以下、同様に括弧付き記号は位置ベクトルを表すものとする。一般的に直線Ｅ’Ｇ’をｎ：１−ｎに内分する点の位置ベクトルは （１−ｎ）・（Ｅ’）＋ｎ・（Ｇ’） で表される。点Ｐ’は直線Ｅ’Ｇ’を０．５：０．５に内分する点（中点）なので、ｎ＝０．５を代入して次の（式１）を得る。
（Ｐ’）＝０．５・（Ｅ’）＋０．５・（Ｇ’） ・・・ （式１）

なお、同様に画像認識によって位置ベクトル（Ｈ’）及び（Ｆ’）を求め、次の（式２）によって位置ベクトル（Ｐ’）を求めても良い。
（Ｐ’）＝０．５・（Ｆ’）＋０．５・（Ｈ’） ・・・ （式２）

また、位置ベクトル（Ｅ’）を求める際、点Ａ’及び点Ｂ’を画像認識して位置ベクトル（Ａ’）及び（Ｂ’）を求め、その内分点として次の（式３）によって（Ｅ’）を求めても良い。
（Ｅ’）＝０．５・（Ａ’）＋０．５・（Ｂ’） ・・・ （式３）
他の位置ベクトル（Ｆ’）、（Ｇ’）及び（Ｈ’）についても同様である。

以上のようにして線形マーク２６’の中心点Ｐ’を求めることができるが、同様に線形マーク２６’内の任意の点についても対辺の内分点同士を結ぶ直線の内分点として求められる。従って、線形マーク２６’内の任意の点に相当する線形マーク２６内の点を、同じ内分比率の内分点として一義的に求めることができる。即ち位置補正を行うことができる。

次に、画像歪みによって線形マーク２６が四角形ではない形状に歪んだ場合について説明する。図７は、元の線形マーク２６（矩形ＡＢＣＤ）が、画像の歪みによって線形マーク２６’（閉曲線Ａ’Ｂ’Ｋ’Ｃ’Ｄ’Ｊ’）のように撮像されている。図では、見易くするために点Ａ’、点Ｂ’点Ｃ’及び点Ｄ’は元の点Ａ、点Ｂ、点Ｃ及び点Ｄと重なっており、元の辺ＢＣ及び辺ＤＡの各中央部がＸ軸方向プラス側に歪んで曲線Ｂ’Ｋ’Ｃ’及び曲線Ｄ’Ｊ’Ａ’となった状態を示している。なお、直線ＡＢ、直線ＢＣ、直線ＣＤ及び直線ＤＡの各中点を、それぞれ点Ｅ、点Ｆ、点Ｇ及び点Ｈとし、直線Ａ’Ｂ’及び直線Ｃ’Ｄ’の各中点を、それぞれ点Ｅ’及び点Ｇ’とする。

このとき、元の線形マーク２６の中心点Ｐは、撮像された線形マーク２６’の中心点Ｐ’に移動している。以下に、この中心点Ｐ’の座標を求める方法について詳述する。

まず画像認識によって、曲線Ｂ’Ｃ’の最もＸ軸方向プラス側に張り出した点Ｋ’を抽出し、曲線Ｋ’Ｃ’を直線Ｋ’Ｃ’であると近似する。同様に曲線Ｄ’Ａ’の最もＸ軸方向プラス側に張り出した点Ｊ’を抽出し、曲線Ｄ’Ｊ’を直線Ｄ’Ｊ’であると近似する。こうして四角形Ｊ’Ｋ’Ｃ’Ｄ’を定義することができる。点Ｐ’はこの四角形Ｊ’Ｋ’Ｃ’Ｄ’内の点として、引き続き次のようにして求められる。

画像認識によって曲線Ｂ’Ｋ’の長さと曲線Ｋ’Ｃ’の長さの比を求める。例えばそれがｎ：１−ｎであったとする（ｎ＜０．５）と、点Ｋ’は、元の辺ＢＣをｎ：１−ｎに内分する点Ｋが歪みによって移動したものであったと考える。

そして、元の辺ＢＣの中点Ｆが辺Ｋ’Ｃ’上に移動した点Ｆ’を求める。点Ｆは、辺ＫＣを０．５−ｎ：０．５に内分する点なので、点Ｆ’も辺Ｋ’Ｃ’を０．５−ｎ：０．５に内分する点として求められる。即ち位置ベクトル（Ｆ’）は、次の（式４）で求められる。
（Ｆ’）＝０．５・（Ｋ’）＋（０．５−ｎ）・（Ｃ’） ・・・ （式４）
なおｎ＝０．５のときは点Ｋ’と点Ｆ’とが一致するので、（Ｆ’）＝（Ｋ’）となる。

同様にして、画像データから、曲線Ｄ’Ａ’の最もＸ軸方向プラス側に張り出した点Ｊ’の抽出に基づき、元の点Ｈに対応する点Ｈ’を求めることができる。

線形マーク２６’の中心点Ｐ’は、直線Ｈ’Ｆ’の中点だから、次の（式５）で求められる。
（Ｐ’）＝０．５・（Ｈ’）＋０．５・（Ｆ’） ・・・ （式５）

また、直線Ｊ’Ｋ’の中点Ｌ’を求め、点Ｐ’が、直線Ｌ’Ｇ’を０．５−ｎ：０．５に内分する点（ｎ＜０．５）として次の（式６）で求めも良い。
（Ｐ’）＝０．５・（Ｌ’）＋（０．５−ｎ）・（Ｇ’） ・・・ （式６）

なお、ｎ＞０．５となるときは、点Ｐ’が閉曲線Ｊ’Ｋ’Ｃ’Ｄ’内になく閉曲線Ａ’Ｂ’Ｋ’Ｊ’内にあることを示すので、閉曲線Ａ’Ｂ’Ｋ’Ｊ’について上記と同様の演算を行って点Ｐ’を求めれば良い。

また辺Ａ’Ｂ’や辺Ｃ’Ｄ’に歪みや伸縮がある場合も同様にして適宜四角形を設定することによって点Ｐ’の位置を求めることができる。

以上のようにして線形マーク２６’の中心点Ｐ’を求めることができるが、同様に線形マーク２６’内の任意の点についても適宜設定した四角形の対辺の内分点同士を結ぶ直線の内分点として求められる。従って、線形マーク２６’内の任意の点に相当する線形マーク２６内の点を、対応する四角形における同じ内分比率の内分点として一義的に求めることができる。即ち位置補正を行うことができる。

また図７に示すような歪み形態以外に、曲線Ｂ’Ｋ’Ｃ’や曲線Ｄ’Ｊ’Ａ’がどのように歪んでいても、それに応じた点Ｋ’や点Ｊ’の位置を変化させることによって、歪み後の線形マーク２６’の全部又は一部を最適な四角形で近似することができ、高精度の補正を行うことができる。これは、線形マーク２６を用いてその線の位置、形、或いは長さ等を認識することによって得られる効果である。

線形マークは、必ずしも図４に示す線形マーク２６のような矩形で囲んだものである必要はなく、他の形状であっても良い。図８及び図９は、その変形例を示す説明図である。図８（ａ）に示す線形マークは、線形マーク２６の各辺の中央部を省略し、線形マークによる効果が充分得られる程度の直線部分を有するＬ字状の線形マーク２７を四隅に配した構成となっている。このようにすると、比較的大型の電子部品Ｑに対して、比較的小さな線形マーク２７とすることができるので、低コスト、省スペースを図ることができる。

図８（ｂ）に示す線形マークは、図８（ａ）に示す構成を更に省略し、線形マークによる効果が充分得られる程度の直線部分を有するＬ字状の線形マーク２８を対角線上の二隅に配した構成となっている。このようにすると更に低コスト、省スペースを図ることができる。

以上の例では、何れも吸着ノズル１６ａに吸着された電子部品Ｑを認識するための線形マークを示したが、これを認識対象に応じて適宜別の箇所に設けても良い。また、認識対象（電子部品Ｑ）と線形マークとを全て同一画像内に入るように撮像しなくても良い。そのような例として、図９に、プリント基板上に設けられた線形マークを示す。図９に示す電子部品Ｑは、既にプリント基板３に実装された状態を示し、４個の線形マーク２９は、その実装状態を認識するための撮像に用いられるマークである。各線形マーク２９は、プリント基板３上の所定位置（既知）に設けられており、これと電子部品Ｑとの位置を比較することによって実装位置ズレ等を検知することができる。

また、認識範囲Ｍを電子部品Ｑ及び全ての線形マーク２９を含む範囲とせず、各線形マーク２９毎に別々に設けている。即ち１画像には１個の線形マーク２９と、それに対応する電子部品Ｑの一部（角部）が撮像される。そして、この４画像を用いて電子部品Ｑを認識する。このようにすると、１画像の撮像範囲が狭く、画角を拡大することができる。即ち画像の解像度を上げることができるので、より高精度の補正を行うことができる。

なお、図１に示す線形マーク５は、この線形マーク２９と同様の線形マークをプリント基板３の対角線上の二隅に配したものであって、これを撮像することによってプリント基板３の基準の固定状態（既知）に対するプリント基板３の固定状態（位置ズレ等）を認識することができる。

次に、図１０のフローチャートに従って、コントローラ３０の制御に基づく実装機の実装動作の一例について説明する。

当実施形態の実装機は、実装するプリント基板３に応じた電子部品Ｑの組み合わせや実装位置等を一纏まりにした基板データが準備されている。そこでまず実装するプリント基板３に応じた基板データを選択し、読み込む（ステップＳ２１）。次に、プリント基板３をコンベア２によって実装位置（図１に二点鎖線で示す位置）まで搬送し、固定する（ステップＳ２３）。

次にヘッドユニット６を移動させ、プリント基板３に設けられた線形マーク５をカメラ１８で直接撮像し、位置認識を行う。そして上記のような線形マークによる補正を行ってプリント基板３の固定位置ズレを測定する。そのズレ量に応じた各電子部品Ｑの実装位置の補正量を求めて、記憶しておく（ステップＳ２５）。次に、各ノズル１６ａにより電子部品Ｑを吸着する吸着処理が実行される（ステップＳ２７）。この吸着処理としては、まずヘッドユニット６をテープフィーダー４ａの上方位置まで移動させ、電子部品Ｑの吸着に先立ってテープフィーダー４ａ上の電子部品Ｑを直接撮像する。この撮像画像に基づいてテープフィーダー４ａに対する電子部品Ｑの位置ずれを検出し、この検出結果に応じてヘッドユニット６の移動量等を補正する。次いで、テープフィーダー４ａ上の電子部品Ｑを吸着ノズル１６ａにより吸着し、その吸着動作を各実装用ヘッド１６毎に実行した後、ヘッドユニット６をテープフィーダー４ａからプリント基板３側へ移動させる。

ステップＳ２７の実行後におけるヘッドユニット６の移動過程においては、電子部品Ｑが反射部１７上を通過するが、このときミラー２２に部品下面Ｑ１と線形マーク２６とが映し出され、それが各カメラ１８によって撮像される（ステップＳ２９）。

次にその画像に対して上記のような線形マークによる補正を行って画像の歪みを補正する（ステップＳ３３）。そして吸着ノズル１６ａに対する電子部品Ｑの吸着状態が認識され、吸着位置ズレに応じて更に実装位置の補正量が求められる（ステップＳ３５）。なお、ステップＳ３５で、電子部品Ｑを吸着していない等のエラーが発見されたときにはエラー処理を行って再度ステップＳ２７からやり直すようにしても良い。

また特に図示しないが、更に電子部品Ｑにフィデューシャルマーク（部品フィデューシャル）を設けて、この位置ズレによっても実装位置を補正するようにしても良い（ステップＳ３７）。

そして、以上の各実装位置補正を全て反映した最終的なプリント基板３の実装位置に、電子部品Ｑが実装される（ステップＳ３９）。実装後は、プリント基板３を直接撮像して所定の実装位置に部品が装着されているか否かを確認する。この際、図９に示す線形マーク２９を用いて位置補正を行う。

以上は、実装開始から１回目の実装（最大６個の電子部品Ｑ）を行うまでの流れである。更に電子部品Ｑを実装する場合は、続いて上記ステップＳ２７〜Ｓ３９の動作を繰り返す。また、更に同種の別のプリント基板３への実装を行う場合には続いて上記ステップＳ２３〜Ｓ３９の動作を繰り返す。そして更に異なる種類の別のプリント基板３への実装を行う場合には続いて上記ステップＳ２１〜Ｓ３９の動作を繰り返す。

なお、ステップＳ２７における電子部品Ｑの吸着に先立ったテープフィーダー４ａ上の電子部品Ｑの直接撮影を行わず、テープフィーダー４ａに対する電子部品Ｑの位置ズレに対するヘッドユニット６の移動量補正は行わないようにしても良い。これにより電子部品Ｑの吸着ミスが発生する可能性は増すが、実装速度を上げることができる。

また、当実施形態ではエリアセンサからなるカメラ１８を採用しているが、これに限定されることはなく、例えば、ラインセンサからなるカメラをＬＭガイド等によりヘッドユニット６に対して相対変位可能に取り付け、このカメラを撮像時にヘッドユニット６に対して移動させつつ、当該カメラによりミラー２２に映し出された電子部品Ｑの像を走査させるようにすることも可能である。

或いは、カメラ１８をヘッドユニット６に設けず、基台１側に設けるようにしても良い。即ち、基台１の所定箇所にカメラ１８や照明装置１９等を備えた撮像ユニットを設け、上方を撮像できるようにしておく。そして、吸着ノズル１６ａが電子部品Ｑを吸着してからそれをプリント基板３に実装するまでの間に、上記撮像ユニットの上方に移動し、カメラ１８が部品下面Ｑ１とともに線形マーク２６を撮像する。このような実装機でも上記と同様の部品認識を行うことができる。

更に線形マーク２６（線形マーク２７や線形マーク２８その他であっても良い）は壁状に立設された部材以外にも例えば半透明フィルムにマークを印刷したものでも良い。この場合は、半透明フィルムを境としてカメラ１８と反対側に照明装置を配置して、このマークを照明すれば良い。

また実装用ヘッド１６の数は６個に限定するものではなく、例えば８個など適宜設定して良い。

以上、第１実施形態では部品認識装置を実装機に搭載した例を示したが、搭載する装置は実装機に限定されることはなく、例えば次に示すように、ＩＣチップ等の電子部品Ｑを検査する部品試験装置６０に搭載しても良い。

図１１は、本発明に係る第２実施形態である部品試験装置６０の平面図である。部品試験装置６０の基台６１には、ベアチップがダイシングされた状態のウェハＷａを上下多段に収納したカセット６２を装着可能なカセット設置部６３が設けられている。このカセット設置部６３に装着されたカセット６２は、図略の搬送機構により基台６１に形成された開口部６４の下方位置に搬送され、この位置でベアチップがヘッド６５によって取上げられる。ヘッド６５は、基台６１上でＹ軸方向に延びるレール６６に沿って、上記開口部６４から部品待機部６７までベアチップを搬送するようになっている。部品待機部６７は、基台６１上でＸ軸方向に延びる一対のレール６８間に配置され、この部品待機部６７に搬送されたベアチップは、各レール６８に沿って駆動する一対のヘッドユニット６９，７０により基台４１上の検査ソケット７１まで搬送され、検査手段によって所定の検査が実行されることとなる。ヘッドユニット６９，７０には、ベアチップを吸着可能な吸着ノズルをそれぞれ備えた２つの検査用ヘッド６９ａ，７０ａが並べて設けられている。

このような部品検査装置６０において、上記基台６１上には、部品待機部６７と検査ソケット７１との間に撮像ユニット７４，７６が設けられており、撮像ユニット７４，７６上をヘッドユニット６９，７０が移動することにより該ヘッドユニット６９，７０に吸着されたベアチップを撮像、認識するように構成されている。

上記撮像ユニット７４，７６は、部品待機部６７から検査ソケット７１まで搬送されるベアチップの不良（例えば、バンプの高さ不良）を検知し、ここで不良品であると検知されたベアチップは、ヘッドユニット６９，７０により基台６１上の不良品回収部７８に載置された不良品用トレイ７９に搬送される。これに加えて、上記撮像ユニット７４，７６は、ヘッドユニット６９，７０に対するベアチップの姿勢を検知し、ここでヘッドユニット６９，７０に対して位置ずれしていると検知されたベアチップは、当該ヘッドユニット６９，７０により位置補正が実行された後、検査ソケット７１へ搬送される。

そして、検査ソケット７１における検査の結果、不良品であると判定されたベアチップは、各ヘッドユニット６９，７０により上記不良品用トレイ７９に搬送される一方、良品であると判定されたベアチップは、各ヘッドユニット６９，７０により基台６１上の部品収納部８０まで搬送されるとともに、この部品収納部８０において、テープフィーダー用のベーステープ８１内に収容され、このベーステープ８１に図略のカバーテープが張付けられることとなる。

なお、不良品回収部７８の不良品用トレイ７９が満載状態になると、そのトレイ７９が図外のトレイ移動機構によりトレイ排出部８２に移送されるとともに、不良品回収部７８に隣接したトレイ待機部８３にあるトレイ８４がヘッドユニット６９，７０により不良品回収部７８に移送され、かつ、図外のトレイ移動機構によりトレイ待機部８３に空トレイ載置部８５から空トレイが移送されるようになっている。

このような部品試験装置６０においても、撮像ユニット７４，７６によってベアチップを撮像する際、線形マーク２６とともに撮像、認識することにより、ベアチップの吸着ズレ等を迅速且つ精度良く検知することができる。従って、検査ソケット７１への載置位置精度が一層向上し、効率の良い試験を行うことができる。

以上、本発明の第１及び第２実施形態及びそれらの変形例について説明したが、これら以外にも特許請求の範囲内で適宜変形して良い。例えば、図６及び図７を参照して説明した補正計算の方法は、これに限定するものではなく、他の適当な学的手法を用いて計算するようにしても良い。

本発明の第１実施形態に係る部品認識装置が搭載された表面実装機を概略的に示す平面図である。 図１の表面実装機の一部を省略して示す正面図である。 図１の表面実装機における部品認識装置を主に示す側面一部断面図である。 図１の表面実装機におけるカメラによる撮像画面の説明図である。 図１の表面実装機の概略制御ブロック図である。 図４に示す撮像画像に歪みが生じている場合の補正方法の説明図である。 図４に示す撮像画像に歪みが生じている場合の補正方法の説明図である。 図１の表面実装機の線形マークの変形例を示す説明図であって、（ａ）はＬ字状の線形マークを電子部品の四隅付近に設けたもの、（ｂ）はＬ字状の線形マークを電子部品の対角線上の二隅付近に設けたものである。 図１の表面実装機の線形マークの変形例を示す説明図であって、プリント基板上に線形マークを設けたものである。 図１の表面実装機の実装動作を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係る物品認識装置が搭載された部品試験装置を概略的に示す平面図である。 従来の部品認識方法における一般的な吸着位置ズレ検出の説明図であって、（ａ）は画像に歪みのない場合、（ｂ）及び（ｃ）は画像に歪みのある場合を示す。

符号の説明

１ 基台
３ プリント基板
４ 部品供給部
５ 線形マーク
６ ヘッドユニット
１６ａ 吸着ノズル
１８ カメラ（撮像手段）
２０ 部品認識装置（物品認識装置）
２６，２７，２８，２９ 線形マーク
６０ 部品試験装置
Ｑ 電子部品

Claims (7)

1. 電子部品を吸着ノズルにより吸着して目的位置まで搬送する際に前記吸着ノズルによる吸着部品を撮像手段により撮像して該部品の吸着状態を画像認識する方法において、
   直線部分を有する線形マークと共に吸着部品を撮像し、撮像された線形マークの前記直線部分が画像歪みにより曲線として撮像された場合に、その曲線の最も張り出した点を抽出し、抽出された点を通る直線によって前記曲線を近似し、近似された直線を基準に前記部品の吸着状態を認識することを特徴とする部品認識方法。
2. 電子部品を吸着ノズルにより吸着して目的位置まで搬送する間に前記吸着ノズルによる吸着部品を撮像手段により撮像して該部品の吸着状態を画像認識する装置において、
   前記吸着ノズルの近傍に直線部分を有する線形マークが設けられ、
   前記撮像手段により前記吸着部品を前記線形マークと共に撮像し、撮像された線形マークの前記直線部分が画像歪みにより曲線として撮像された場合に、その曲線の最も張り出した点を抽出し、抽出された点を通る直線によって前記曲線を近似し、近似された直線を基準に前記部品の吸着状態を認識することを特徴とする部品認識装置。
3. 吸着ノズルが搭載された移動可能なヘッドユニットの前記吸着ノズルにより部品供給部から電子部品を吸着し、前記各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識してから目的位置である実装作業位置にセットされた基板上に実装する表面実装機において、
   前記各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識する手段として、請求項２に記載の部品認識装置を備えていることを特徴とする表面実装機。
4. 吸着ノズルが搭載された移動可能なヘッドユニットの前記吸着ノズルにより部品供給部から電子部品を吸着し、前記各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識してから目的位置である検査手段に移載して各種検査を行う部品試験装置において、
   前記各吸着ノズルによる部品の吸着状態を画像認識する手段として、請求項２に記載の部品認識装置を備えていることを特徴とする部品試験装置。
5. 基板上に装着された電子部品を撮像手段により撮像して該部品の装着状態を画像認識する方法において、
   直線部分を有する線形マークを前記基板上に予め設けておき、装着部品を前記線形マークと共に撮像し、撮像された線形マークの前記直線部分が画像歪みにより曲線として撮像された場合に、その曲線の最も張り出した点を抽出し、抽出された点を通る直線によって前記曲線を近似し、近似された直線を基準に前記部品の装着状態を認識することを特徴とする部品認識方法。
6. 基板上に装着された電子部品を撮像手段により撮像して該部品の装着状態を画像認識する装置において、
   直線部分を有する線形マークが設けられた基板上の装着部品を前記線形マークと共に前記撮像手段により撮像し、撮像された線形マークの前記直線部分が画像歪みにより曲線として撮像された場合に、その曲線の最も張り出した点を抽出し、抽出された点を通る直線によって前記曲線を近似し、近似された直線を基準に前記部品の装着状態を認識することを特徴とする部品認識装置。
7. 移動可能な撮像手段により基板上に装着された電子部品を撮像してその装着状態を画像認識する基板検査装置において、
   前記基板上の部品の装着状態を画像認識する手段として、請求項６に記載の部品認識装置を備えていることを特徴とする基板検査装置。
   

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