JP2005537630A - 部品の配置を検査するピックアンドプレース機械 - Google Patents
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Abstract
Description
照明の以下の特徴は、本発明の実施形態へ追加的利点を提供する。実際、以下で開示される照明の特徴は本発明の特徴を含み、必ずしもこれまで開示された立体視手法を使用して実施される必要はない。
本発明の実施形態による照明システムは非常にコンパクトで順応的であるだけでなく、検査カメラ自身が、サイズ、形状、および像領域への観察アクセスに関して厳しい制限に順応しなければならない。撮像部品および照明部品の双方が一個の集積協調ユニットへパッケージされることが好ましいが、そのような集積は、本発明の実施形態を実施するためには必ずしも必要でない。
本発明の実施形態は、一般的に、意図された配置位置の2つ以上の連続像(即ち、配置前および配置後)を取得する。配置は比較的高速で起こり、機械の処理速度を遅くすることは非常に望ましくないから、場合によっては、2つの連続像を極めて迅速に取得することが必要となる。なぜなら、配置ヘッドと基板との間の相対移動の休止は短いからである。たとえば、約10ミリ秒の期間内に2つの像を取得することが必要である。
(1)全く別個の照明、光学系、および検出器、
(2)全く別個の光学系、および共通照明を有する検出器、または
(3)共通の光学系および照明を有する別個の検出器
によって提供されることができる。
前述したように、プリント回路基板上の部品配置の確認は、部品が置かれることを予想される回路基板上の位置の配置前および配置後の像を取得し、1つの像を他の像から減算することによって行うことができる。事前の画像および事後の画像の間で変化しない像部分は、それによって抑制され、新しく置かれた部品の誤差は、結果の像の中に明瞭に存在する。しかし、機械的振動、不正確な機械運動、または像が取得されたときプリント回路基板および/またはカメラが運動していたため、配置前および配置後の像は一般的に完全には整列しない。2つの像(事前および事後)が整列しないとき、結果の差分された像の中に誤差が現れる。この誤差は、部品が存在することを誤って表示するかも知れない。2つの像の誤整列を推定する1つの手法は、相関(たとえば、正規化されたグレースケール相関)を使用することである。しかし、相関は、直交エッジがテンプレート(相関されている像領域)の中に存在するときにのみ働く。もしエッジが存在しないか、1つの方向のエッジのみが存在するとき、相関は整列のための唯一の(x,y)位置を生成しないであろう。
201・・・ピックアンドプレース機械
202・・・運搬システムまたはコンベヤ
203・・・製造過程にある製品
206・・・配置ヘッド
208,210,212・・・ノズル
209・・・カメラ
300,302・・・像取得装置
304・・・部品
306・・・非構造照明器
308・・・構造照明器
360・・・部品304の配置位置
Claims (63)
- 製造過程にある製品(workpiece)上に部品を配置するためのピックアンドプレース機械であって、該ピックアンドプレース機械が、
前記部品を離脱可能に保持するための少なくとも1つのノズルを有する配置ヘッド、
前記配置ヘッドと前記製造過程にある製品との間の相対移動を発生するためのロボットシステム、
前記部品の配置前に、予定された配置場所の第1の観察の事前像を取得し、前記部品の配置後に、予定された配置場所の第1の観察の事後像を取得するように配置された第1の像取得装置、および
前記部品の配置前に、予定された配置場所の第2の観察の事前像を取得し、前記部品の配置後に、予定された配置場所の第2の観察の事後像を取得するように配置された第2の像取得装置からなり、
前記第1および第2の観察は、予定された配置場所の立体視検査を提供するために離れているピックアンドプレース機械。 - 前記第1の観察は、前記予定された配置場所の平面に対してある角度で配置され、前記第1の像取得装置内の検出アレイは、前記第1の像の取得システムの光学的軸に対してある角度で配置される請求項1の機械。
- さらに、前記ノズルから離れて設置された光源を含む照明装置と前記光源に光学的に結合された光パイプとからなり、前記予定された配置場所を照らすように方向付けられた出力端を有する請求項1の機械。
- 前記照明装置が、ある波長帯域を有する光を提供し、前記の少なくとも第1の像の取得システムが、前記帯域内の光を通し、前記帯域外の光を妨げるためのフィルタを含む請求項1の機械。
- 前記第1の像の取得システムが非テレセントリック光学系を採用する請求項1の機械。
- さらに、前記予定された配置場所上に構造照明を直射するように構成された構造照明からなり、前記第1および第2の像取得装置のうちの少なくとも1つが、部品の配置後に前記予定された配置場所の構造照明像を取得する請求項1の機械。
- 前記第1の像取得装置が、フレームレートを有するCCDアレイ含み、前記フレームレートを超えるレートで前記CCDアレイに前記第1の観察の事前像と前記第1の観察の事後像とを取得させる請求項1の機械。
- 前記CCDアレイがインタライン転送CCDアレイである請求項7の機械。
- 前記CCDアレイがフレーム転送CCDアレイである請求項7の機械。
- さらに、前記第1の像取得装置が、前記第1の観察の事後像の集積時間の経過後の過剰光を妨げるための、電子制御光学シャッタを含む請求項7の機械。
- さらに、前記予定された配置場所上に構造照明を直射するように構成された構造照明装置からなり、前記第1および第2の像取得装置のうちの少なくとも1つが、部品の配置前に前記予定された配置場所の構造照明の像を取得する請求項1の機械。
- 前記予定された配置場所の検査が、前記予定された配置場所の配置前検査を含む請求項1の機械。
- ピックアンドプレース機械用の照明装置であって、前記照明が、
光源、および
前記光源に光学的に結合された光パイプからなり、前記光パイプは前記ピックアンドプレース機械内の予定された配置場所上に照明を直射するように装着された出力端を有する照明装置。 - 前記光源が発光ダイオードである請求項13の装置。
- 前記光パイプが可撓性である請求項13の装置。
- 前記光パイプがファイバーオプティクス光パイプである請求項13の装置。
- さらに、少なくとも1つの追加の光源と、前記少なくとも1つの追加の光源に結合された少なくとも1つの追加の光パイプからなり、出力端を有する請求項13の装置。
- 前記光源および前記少なくとも1つの追加の光源が、LEDアレイ内に組み込まれる請求項17の装置。
- 前記光パイプの前記出力端と前記少なくとも1つの追加の光パイプとが前記予定された配置場所上に所望の角度で照明を直射するように装着された請求項17の装置。
- 前記光パイプの前記出力端と前記少なくとも1つの追加の光パイプとが前記予定された配置場所上に所望の形状で照明を直射するように装着された請求項17の装置。
- 前記光源と前記少なくとも1つの追加の光源とが、実質的に同じ波長の光を提供する請求項17の装置。
- 前記光源と前記少なくとも1つの追加の光源とが、実質的に異なる波長の光を提供する請求項17の装置。
- 前記光源が、前記ピックアンドプレース機械の配置ヘッド上に装着されるように構成された請求項13の装置。
- ピックアンドプレース機械内で用いられるための像取得装置であって、
検出器アレイ、
予定された配置場所の面に関してある角度で当該予定された配置場所を観察するための光学的軸を有し、前記検出器アレイ上の前記予定された配置場所の像の焦点を合わせるように構成された光学系からなり、
前記検出器アレイが前記光学的軸に関してある角度で配置される像取得装置。 - さらに、前記検出器アレイと前記予定された配置場所との間に配置されたミラーからなる請求項24の装置。
- 前記角度が、Scheimpflug条件を満足するように選択される請求項24の装置。
- 前記光学系が非テレセントリックである請求項24の装置。
- さらに、前記光学系と前記配置場所との間に配置された光学絞りからなる請求項27の装置。
- 前記絞りが前記像取得装置と一体的である請求項28の装置。
- さらに、光源、および
前記光源に光学的に結合された光パイプを含む照明装置からなり、
前記光パイプが、前記ピックアンドプレース機械内の予定された配置場所上に照明を直射するように装着された出力端を有する請求項24の装置。 - 前記照明装置が前記装置と共にパッケージされる請求項30の装置。
- ピックアンドプレース機械内の多数の像を捕らえる方法であって、その方法が
感光アレイのフォトサイトをリセットすること、
前記フォトサイト上で第1の像を捕らえること、
前記第1の像を前記アレイの非感光領域に転送すること、
前記第1の像を消去するために前記感光アレイの前記フォトサイトをリセットすること、および
前記第1の像が前記アレイの非感光領域から完全に読まれる前に、第2の像を捕らえるために制御された露出を生成することからなる方法。 - 前記第1の像を前記非感光領域に転送することが、前記第1の像をインタライン転送CCDアレイの垂直レジスタに転送することを含む請求項32の方法。
- 前記第1の像を前記非感光領域に転送することが、前記第1の像をフレーム転送CCDアレイの蓄積領域に転送することを含む請求項32の方法。
- 前記第1および第2の像が、前記アレイの画像処理領域の大きさより小さい請求項32の方法。
- さらに、前記感光アレイを前記第1および第2の像を提供する光学的軸に関してある角度で位置決めすることからなる請求項35の方法。
- 前記第2の像の制御された露出を生成することが、前記第2の像の積分期間が経過した後に、前記感光アレイ上への全ての光の照射を遮ることを含む請求項32の方法。
- 全ての光を遮ることが、電子制御された光学的シャッタを閉鎖状態にさせることによって光が通過するのを妨げることを含む請求項37の方法。
- さらに、選択された波長帯域外の照明が前記感光アレイ上に照射するのを妨げることからなり、
前記制御された露出を生成することが、選択された露出時間中、配置場所上に前記選択された波長帯域内の照明を提供することを含む請求項32の方法 - ピックアンドプレース機械内の多数の配置場所の像を捕らえる方法であって、その方法が
第1の感光アレイのフォトサイトをリセットすること、
前記第1の感光アレイの前記フォトサイト上に第1の像を捕らえること、
第2の感光アレイのフォトサイトをリセットすること、および
前記第2の感光アレイのフォトサイト上に第2の像を捕らえることからなり、
前記第1および第2のアレイが共通の光学系を介して継続的に像を捕らえる方法。 - 前第1および第2の感光アレイが、実質的に単色光の照明に基づいて像を捕らえる請求項40の方法。
- 部品配置を確かめるために、ピックアンドプレース機械内の予定された配置場所の多数の像を処理する方法であって、その方法が、
予定された配置場所の配置前および後配置後の像を捕らえること、
前記配置前および配置後の像内の対象領域を選択すること、
前記事前像と前記事後像との間の差に基づいて異なる像を生成すること、
バイナリ差分像を生み出すために前記異なる像を閾値化すること、
像の特徴値を取得するために前記バイナリ差分像の接続解析を実行すること、および
部品配置を確かめるるために、前記像の特徴値を期待されるオブジェクト特徴値と比較することからなる方法。 - さらに、前記事前および事後像を変更するための少なくとも1つの既知の領域をマスキングすることからなる請求項42の方法。
- 前記領域が前記ピックアンドプレース機械のノズルを含む請求項43の方法。
- さらに、前記部品の予期された包絡面外の少なくとも1つをマスキングすることからなる請求項42の方法。
- さらに、前記異なる像を取得する前に、前記事前像と前記事後像を整列することからなる請求項42の方法。
- 前記整列ステップが相関を適用することを含む請求項46の方法。
- さらに、前記バイナリ差分像上で形態腐食操作を実行することからなる請求項42の方法。
- 前記形態腐食操作が繰り返される請求項48の方法。
- さらに、前記バイナリ差分像上で形態膨張操作を実行することからなる請求項42の方法。
- 前記形態膨張操作が繰り返される請求項50の方法。
- 前記特徴値が物体の重心を含む請求項42の方法。
- 前記特徴値が物体の長さを含む請求項42の方法。
- 前記特徴値が物体の幅を含む請求項42の方法。
- 前記特徴値が物体の面積を含む請求項42の方法。
- 前記特徴値が物体の回転を含む請求項42の方法。
- 前記方法が像取得装置内で実行される請求項42の方法。
- 部品配置を確かめるために、ピックアンドプレース機械内の予定された配置場所の多数の像を処理する方法であって、その方法が、
予定された配置場所の配置前および配置後の像を捕らえること、
前記配置前および配置後の像内の対象領域を選択すること、
前記事前像と前記事後像との間の差に基づいて異なる像を生成すること、
バイナリ差分像を生み出すために前記異なる像を閾値化すること、
前記予定された配置場所のピクセル変化カウントを計算すること、
トータルピクセルカウントを計算すること、および
部品配置を確かめるために、前記予定された配置場所の前記ピクセル変化カウントを前記トータルピクセルカウントと比較することからなる方法。 - 部品配置を確かめるために、ピックアンドプレース機械内の予定された配置場所の多数の像を処理する方法であって、その方法が、
予定された配置場所の配置前および配置後の像を捕らえること、
前記配置前および配置後の像内の対象領域を選択すること、
前記事前像と前記事後像との間の差に基づいて異なる像を生成すること、
前記予定された配置場所の差分強度合計を計算すること、
トータルピクセル差分強度合計を計算すること、および
部品配置を確かめるために、前記予定された配置場所の前記ピクセル差分強度合計を前記トータルピクセル差分強度合計と比較することからなる方法。 - 製造過程にある製品上に部品を位置決めするためのピックアンドプレース機械であって、その機械が
CCDアレイを有する像取得システム、
予定された配置場所の多数の像を、前記CCDアレイ上に同時に収束するための多数の像の光路を含む光学系からなり、
前記像取得システムが、前記部品が位置決めされる前に前記予定された配置場所の多数の配置前の像を捕らえ、前記部品が位置決めされた後に前記予定された配置場所の多数の配置後の像を捕らえ、かつ
部品配置を確かめるために、前記像取得装置に結合されたホストコントローラが、前記配置前の像を前記配置後の像と比較する方法。 - ピックアンドプレース機械内の軸外(off-axis)像システムを較正する方法であって、その方法が、
予定された配置場所内に既知のターゲットを位置決めすること、
前記既知のターゲットの軸外像を捕らえること、
前記捕らえられた像から前記既知のターゲット上にある既知の加工品の初期位置を決定すること、および
変換マトリックスを計算することからなる方法。 - さらに、軸外像を捕らえるステップの後に、
Z軸に沿った異なる位置で前記既知のターゲットを提示すること、
前記既知のターゲットの少なくとも1つの追加の像を前記異なる位置で捕らえること、および
前記少なくとも1つの追加の像から前記既知のターゲット上の既知の加工物の調整された位置を決定すること、および
前記変換マトリックスを改良するために前記初期位置を前記調整された位置と比較することからなる請求項61の方法。 - ピックアンドプレース機械内の多数の像取得装置を較正する方法であって、その方法が、
予定された配置場所内に既知のターゲットを位置決めすること、
各像取得装置で前記既知のターゲットの像を捕らえると、
前記捕らえられた像から前記既知のターゲット上の既知の加工物の位置を決定すること、および
深さの較正のために、前記決定された位置を各捕らえられた像と比較することからなる方法。
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