大学校及び設置科 東海職業能力開発大学校生産システム技術系
課題実習の前提となる科目または知識、技能・技術 自動化機器設計、精密加工、CAD/CAM、自動化システム応用、通信プロトコル実装、組込みシステム構築
課題に取り組む推奨段階 応用課程2年
課題によって養成する知識、技能・技術

機構設計技術、モータ制御技術、画像処理技術、図形処理技術、ユーザインタフェース設計技術

製作の目的と概要

 多焦点合成とは、焦点の異なる複数枚の画像から全体的に焦点があう1枚の画像を合成する技術です。合成の際に必要となる焦点抽出処理を正確に行うことができれば、対象物の三次元形状を取得することができます。この考え方にもとづいて、電子回路基板中の個々のはんだを多焦点で撮影し三次元形状を取得します。その三次元形状から、はんだの立体モデルを生成することにより、はんだの細部を確認することができます。また、はんだはその外見(形状、色)から良否が判定できることから、その立体モデルから得られる情報を基に、はんだの良否判定を行い、問題があれば想定される要因を表示します。はんだ付け初心者に対する評価・アドバイス装置としての活用が期待できます。
★技能・技術習得目標:
正確なXYZ軸移動とモータ制御技術、焦点抽出のための画像処理技術および立体モデル生成のための図形処理技術、操作性を考慮したユーザインタフェース設計技術を習得します。

成果

基本仕様である「はんだの拡大立体表示とはんだの良否判定およびアドバイス表示」を行うことができました。また、システム仕様に基づいた総合テストにより、全てにおいて正常な動作を確認できました。加えて、安全性・保守性を考慮し、長期的に運用可能なシステム構築を行うことができました。
★アピールポイント:
 多焦点撮影による三次元形状認識という考え方は、新しい手法です。焦点抽出の基本処理には、コントラストを評価量とした既知の計算処理を使用していますが、それだけでは不十分であるため、さまざまな画像処理技術を駆使しています。具体的には、照明によるはんだの白とびと黒潰れを防ぐためにHDR(High Dynamic Range)による輝度補正、ノイズ除去のための画像間平滑化と空間フィルタ(中央値フィルタ)といった高度な画像処理を行っています。
処理の複雑化に伴い、1つのはんだの形状取得処理に多くの時間が必要になります。そのため、駆動系においては、効率的なXY軸移動のために、はんだ間移動量が小さくなる探索アルゴリズムを考案しました。また、駆動系と計算処理は同時並行で実行していますが、特に計算に時間がかかるHDR処理はGPU(Graphics Processing Unit)を使用して処理の高速化を実現しています。
はんだ評価のための電子回路基板は、ばねクランプで簡単に取り付けられるようにしています。但し、あらかじめ登録されているはんだ位置(XY座標)が変わる可能性があるので、座標校正手続きをシステムに実装しています。
多焦点合成による三次元形状認識システムの開発(H27)の画像1
図1 装置外観
多焦点合成による三次元形状認識システムの開発(H27)の画像2
図2 装置内部(撮影・駆動部)
多焦点合成による三次元形状認識システムの開発(H27)の画像3
図3 はんだ立体表示