JP2006501686A - 全反射鏡を利用したビジョン検査装置及びビジョン検査方法 - Google Patents

全反射鏡を利用したビジョン検査装置及びビジョン検査方法 Download PDF

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Abstract

本発明の全反射鏡を利用したビジョン検査装置は、部品が実装された印刷回路基板を適正検査位置に固定させる基板位置制御モジュールと、前記基板位置制御モジュールの直上部に設置され、前記印刷回路基板を照明する１次照明灯が具備される独立照明部と、前記独立照明部の直上部に設置され、Ｘ−Ｙ軸回転モーターの軸に全反射鏡を付着して前記印刷回路基板上の希望する位置座標に反射角を変更する撮影位置制御モジュールと、前記撮影位置制御モジュールから反射された前記印刷回路基板の映像を獲得するカメラと、前記撮影位置制御モジュール及び基板位置制御モジュールを制御するモーションコントローラと、前記独立照明部の作動を制御する照明コントローラと、前記カメラの作動を制御してカメラに入射される映像をデジタルデータに変換する映像プロセッサからなる制御部と、前記カメラを通じて獲得した映像を判読して不良可否を判定するビジョン処理部とを含む。

Description

本発明は、全反射鏡を利用したビジョン検査装置及びビジョン検査方法に関する。
一般に、印刷回路基板(ＰＣＢ)などに表面実装部品を組立てる表面実装置技術(ＳＭＴ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ)は、表面実装部品(ＳＭＤ：Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔｉｎｇ Ｄｅｖｉｃｅ)を小型化、集積化する技術と、このような表面実装部品を精密に組立てるための精密組立装備の開発及び各種組立装備を運用する技術と、を含む。
ここで、表面実装ラインは、表面実装機とビジョン検査装置のような装備からなり、表面実装機は、表面実装部品を印刷回路基板上に実装する装備として、テープ(Ｔａｐｅ)、スティック(Ｓｔｉｃｋ)、トレー(Ｔｒａｙ)形態に供給される各種表面実装部品を部品供給機(Ｆｅｅｄｅｒ)から供給を受けて印刷回路基板上の実装位置まで移送した後、印刷回路基板上の決まった位置に位置させる。ビジョン検査装置は、部品の半田付け工程完了の前/後に部品の実装状態の良否を検査し、このようなビジョン検査装置を通じた検査結果によって次の工程に印刷回路基板を移送させるようになる。
この時、従来のビジョン検査装置を利用したビジョン検査方法は、コンベヤーを通じて半田付けが完了された印刷回路基板が移送されると、位置調節装置で初期位置を調節し、調節完了後に照明灯が印刷回路基板を照射すれば、カメラが各部品の半田付け部位を撮影するとともにビジョン装置で半田付け部位の照射状態をモニターに出力して演算することにより部品実装の良否を検査する。
しかし、従来のビジョン検査装置及びその方法は、検査対象である印刷回路基板上の多くの部品の有無及び半田付け部位を撮影するために、カメラを固定して印刷回路基板を移動させるかまたは印刷回路基板を固定してカメラを移動させる方式を適用するため、各構成要素の駆動時に負荷が大きくて振動のひどいなので、半田付け以前に部品の装着状態を検査する場合、検査装置自体の振動により部品の位置が離脱される不作用がある。また、カメラまたは印刷回路基板が移動できる空間を確保しなければならないので装置自体が大型化されて広い設置空間を占めるようになる。また、既存にはカメラと検査対象物の距離が近くて検査のうちに検査位置を肉眼で確認することができない問題点があった。
一方で、大韓民国登録特許公報を通じて公知された特許登録３４００１２号公報には、“可動鏡を利用した製品検査方法及びコンピュータビジョンシステム”が提案されている。
図１は、先登録発明を説明するための全体構成図であり、図２は、先登録発明の作用状態を示す構成図である。
図１を参照すれば、検査領域３００とカメラ２００の間に高速モーターにより駆動されるＸ−Ｙ軸可動鏡４００、５００とハーフミラー６００及び光源７００が設置される。これによって、検査領域３００で小さな領域に対してイメージを取りながら高速で可動鏡４００、５００を動かして全体領域に対してイメージを求めた後に検査を実行するようになる。このような先登録発明によるビジョンシステム１００は、機械的可動部分を極めて小さくして検査速度を高めて、可動鏡を利用して光路を変更させることにより機械的なメカニズムを排除して騷音及び衝撃発生を最小化することができる。
しかしながら、上述の先登録発明は、次のような問題点がある。
１．検査領域３００と光源７００との距離が遠いので光源７００から検査領域３００まで到逹する光量と検査領域３００からカメラ２００に到逹する光量の損失が、検査領域３００と光源７００の間の距離の二乗に比例して大きくなる。即ち、カメラ２００に到逹する映像の明るさは、距離の二乗に反比例して減少するようになる。特に、映像経路と照明経路を一致させるために光経路上に設置されるハーフミラー６００は、自体特性上通過する照明または映像の光量を１/２ほど損失させることにより検査領域３００の映像をカメラ２００に明確に到達させることができないので、正確な検査を実行することができない。
２．図２のように、Ｘ−Ｙ軸可動鏡４００、５００を利用して光の進行経路を変更させる方式を採択することによって検査領域３００に最終的に照射される光は垂直光ではない傾斜光になる。このような傾斜光は、検査領域３００の物体が平面で構成されていれば問題がないが、多様な高さを有した多様な部品が実装された印刷回路基板を検査する場合、各部品により生ずる影により明確な映像を獲得することができないので検査の信頼性が低下される。
大韓民国特許登録第３４００１２号公報
したがって、本発明は上述したような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、Ｘ軸全反射鏡とＹ軸全反射鏡を回転させて撮影位置を変更することにより駆動トークと振動を最小化するとともに、撮影位置の変更作業を迅速に実行することにより検査作業効率の相乗効果を期待することができる全反射鏡を利用したビジョン検査装置及びビジョン検査方法を提供することにある。
本発明の他の目的は、固定型直接照射方式の照明を具備してカメラに入射される光量を増加させることにより検査対象物の明確な映像を獲得することができる全反射鏡を利用したビジョン検査装置及びビジョン検査方法を提供することにある。
本発明のまた他の目的は、検査対象物に直接照射方式を採択して印刷回路基板のように多様な部品が実装された物体の検査時に影の発生を防止することにより正確な検査を実行することができる全反射鏡を利用したビジョン検査装置及びビジョン検査方法を提供することにある。
前記課題を解決するための本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査装置は、部品が実装された印刷回路基板を適正検査位置に固定させる基板位置制御モジュールと、前記基板位置制御モジュールの直上部に設置され、前記印刷回路基板を照明する１次照明灯が具備される独立照明部と、前記独立照明部の直上部に設置され、Ｘ−Ｙ軸回転モーターの軸に全反射鏡を付着して前記印刷回路基板上の希望する位置座標に反射角を変更する撮影位置制御モジュールと、前記撮影位置制御モジュールから反射された前記印刷回路基板の映像を獲得するカメラと、前記撮影位置制御モジュール及び基板位置制御モジュールを制御するモーションコントローラと、前記独立照明部の作動を制御する照明コントローラと、前記カメラの作動を制御してカメラに入射される映像をデジタルデータに変換する映像プロセッサからなる制御部と、前記カメラを通じて獲得した映像を判読して不良可否を判定するビジョン処理部と、を含むことを特徴とする。
また、本発明によるビジョン検査方法は、基板位置制御モジュールを通じて印刷回路基板を適正検査位置に固定させる段階と、前記印刷回路基板を独立照明部で照明する段階と、前記印刷回路基板の映像をカメラに伝達するためにＸ−Ｙ回転モーターの軸に付着された全反射鏡を通じて入射角と反射角を調節する段階と、前記カメラに入射される映像をデジタルデータに変換する段階と、前記カメラを通じて獲得した映像を判読して部品実装の良否を判定する段階と、で行われることを特徴とする。
本発明によれば、撮影位置制御モジュールのＸ−Ｙ軸全反射鏡を回転させて撮影位置を変更することにより、駆動トークと振動を最小化することができるだけではなく撮影位置の変更作業を迅速に行うことができ、検査作業効率を向上させる効果がある。
特に、固定型直接照射方式の独立照明部を具備してカメラに入射される光量を増加させることにより検査対象物の明確な映像を獲得することができる効果があり、このように検査対象物に直接照射方式を採択して印刷回路基板のような多様な部品が実装された物体のビジョン検査時に影の発生を防止することにより正確な検査を実行することができる。
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。
図３Ａは、本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査装置の全体構成を示した概路図であり、図３Ｂは、本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査装置の映像獲得作動を示した構成図であり、図４は、本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査装置において、独立照明部の構成を示した平面図であり、図５は、本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査装置を説明するための概念図であり、図６は、本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査方法を示した順序図である。
図３Ａ〜図６を参照すれば、本発明によるビジョン検査装置１は、表面実装ラインで表面実装作業を終えた印刷回路基板が先行装備のコンベヤーを通じて次の工程に移動される前にビジョン検査を実施できるように設置される。好ましくは、設置例としては、表面実装ラインにおいてコンベヤーが具備される表面実装機とリフロー装備の間または高速実装機と異形実装機の間に設置し、先/後行装備のコンベヤーとコンベヤーの間に形成される死空間に挿入する方式により設置される。したがって、既存の表面実装ラインの装備位置を変更する必要がなく、先/後行装備と連携させないで単独テーブルの形態として使用することもできる。
この時、先/後行装備の間で印刷回路基板の移動を制御する基板位置制御モジュール２は、先行装備のコンベヤーによって移動する印刷回路基板を適切な検査位置に固定させるためのコンベヤー構造物として、図３Ａのように、一端と他端に傾斜面２４、２５を形成して先/後行装備のコンベヤーより高く位置される基板固定台２１を具備する。このような基板固定台２１には、印刷回路基板のフローと位置を感知する第１及び第２の感知センサー２２、２３と、このような第１及び第２の感知センサー２２、２３の感知値により印刷回路基板を強制停止させるストッパ２１１と、が設置される。
このように、基板固定台２１の一端の傾斜面２４に近接設置される第１の感知センサー２２は、先行装備から移送される印刷回路基板のフローを感知して先行装備のコンベヤーを停止させるとともに基板固定台２１に設置されるストッパ２１１を作動させる機能を実行する。また、第２の感知センサー２３は、検査が完了された印刷回路基板が後行装備に移送されることを感知することにより、先行装置から検査する印刷回路基板を供給させる機能を実行する。これによって、基板位置制御モジュール２で検査する印刷回路基板が準備される(ステップＳ１)。
基板位置制御モジュール２の直上部には独立照明部３が固定設置される。この独立照明部３は、図４のように、中央を貫通する視野確保通路３２の外周に１次照明灯(ＬＥＤ照明灯またはハロゲン照明灯)３１を配列設置して構成され、基板位置制御モジュール２と最大限近接設置される。これによって、基板位置制御モジュール２上の印刷回路基板に光を照射する(ステップＳ２)。
独立照明部３の中央を貫通する視野確保通路３２の直上部には撮影位置制御モジュール４が具備される。この撮影位置制御モジュール４は、全反射鏡４１１、４２１を軸に付着したＸ−Ｙ回転モーター４１、４２により構成され、Ｘ−Ｙ軸回転モーター４１、４２は、軸に付着された全反射鏡４１１、４２１を回転させて入射角を変化させることにより撮影位置の座標を変更する。このようなＸ−Ｙ軸回転モーター４１、４２に付着される全反射鏡４１１、４２１は、印刷回路基板から入射される光を完全反射させるシルバーコーティング鏡を適用して印刷回路基板の映像を反射する(ステップＳ３)。
Ｘ軸回転モーターに付着された全反射鏡４１１の同一水平線上には検査部位の映像を獲得するカメラ６が設置され、このカメラ６には、モーションコントローラ７１と照明コントローラ７２と映像プロセッサ７３からなる制御部７と、映像を判読するビジョン処理部８と、が連結される。
この時、制御部７のモーションコントローラ７１は、モーターコントローラ(ＭＯＴＯＲ ＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ)を適用して撮影位置制御モジュール４と基板位置制御モジュール２に含まれているモーター及び出力手段を制御するとともに本発明によるビジョン検査装置１の全体入/出力装置をモニタリングし、照明コントローラ７２は、Ｉ/Ｏボード(ＯＮＥ-ＣＨＩＰ ＭＩＣＲＯＣＯＮＴＲＯＬＬＥＲ)及び周辺回路を適用して独立照明部３のオン/オフ制御及び照度を調節する。
また、映像プロセッサ７３は、映像グラバ(ＧＲＡＢＥＲ)を適用して撮影位置制御モジュール４を通じてカメラ６に検査対象の映像が入射されると、周期的または非周期的にカメラ６を調整して撮影するようにし、これをシステムプロセッサで用途によって処理できるようにデジタルデータに変換する(ステップＳ４)。
このように制御部７を構成するモーションコントローラ７１と照明コントローラ７２と映像プロセッサ７３は、図５のように、ビジョン処理部８に電気的に連結されてビジョン処理部８の命令信号により作動する。
ビジョン処理部８は、システム制御プログラムによって撮影位置制御と撮影された映像の処理と照明制御と基板位置制御などの物理的な制御を管掌するとともに検査作業実行及びデータ演算作業を実行するようになり、作業内容及び検査結果をモニターに出力するための出力装置制御機と作業者が諸般事項を入力することができる入力装置制御機とを含んでカメラを通じて獲得した映像を判読し、部品実装の良否を判定する(ステップＳ５)。
したがって、印刷回路基板内で多くの検査位置を順次に移動しながら撮影及び検査を終了すれば、基板位置制御モジュール２のコンベヤーを作動させて印刷回路基板を検査以後の工程装備に移動させるようになり、このようなビジョン検査方法を繰り返ることにより継続的な印刷回路基板の検査作業を行う。
このような本発明によるビジョン検査装置１及びビジョン検査方法は、カメラ６と印刷回路基板を固定させた状態で撮影位置制御モジュール４の全反射鏡４１１、４２１を回転させて撮影位置を変更することにより、従来のようにカメラまたは印刷回路基板を移動する方式に比べて装置自体のサイズを顕著に減らすことができるので、空間的な制約が多い表面実装ラインにおいて使用が適合である。また、全反射鏡４１１、４２１のみを回転することによって、駆動トークが小さくて移動及び停止時の振動を最小化することができ、基板内の同一距離を移動するためのモーター回転数が相対的に小さくてそのほど撮影地点間の移動作業が迅速に行われるので高速検査が実行でき、検査時に検査対象物に付加される振動がほとんどないので振動による不良誘発を顕著に減らすことができる。
特に、図３Ｂのように、独立照明部３を通じて固定型直接照射方式を具現するとともに独立照明部３を印刷回路基板と最大限近接されるように設置することにより、従来のようにハーフミラーを経由するによって発生する照明源の光量減少及び映像の光量減少を最小化することができ、照明源と検査対象物との距離が遠くて発生する光量の減少を改善して、明確な映像獲得が可能なので検査の信頼度を向上させることができる。
また、独立照明部３を通じて印刷回路基板の上部の四方から光を照射することにより、印刷回路基板に実装された多様な部品の影発生を防止できる長所がある。
図７Ａは、本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査装置の他の実施の形態を示した全体構成図であり、図７Ｂは、本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査装置の他の実施の形態の映像獲得作動を示した構成図であり、図８は、本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査装置の他の実施の形態を説明するための概念図であり、図９は、本発明による全反射鏡を利用した他の実施の形態のビジョン検査方法を示した順序図である。
図７Ａ〜図９を参照すれば、本発明の他の実施の形態によるビジョン検査装置１’及びビジョン検査方法では、カメラ７と撮影位置制御モジュール４の間に従属照明部５が設置される。この従属照明部５は、２次照明灯(レーザー照明灯またはハロゲン照明灯)を通じて印刷回路基板を照明し、図７Ｂのように、光の一部は透過して一部は反射させる半反射鏡(プリズムまたは半コーティング鏡)５１を具備して２次照明灯５２から照射される光を水平線上に位置する撮影位置制御モジュール４のＸ軸回転モーター４１に付着される全反射鏡４１１に入射させる(ステップＳ２')。
この時、従属照明部５は、図８のように、上述した照明コントローラ７２に転結されてオン/オフ制御及び照度が調節される。
また、撮影位置制御モジュール４は、Ｘ−Ｙ軸回転モーター４１、４２の軸に付着された全反射鏡４１１、４２１を回動させて従属照明部５から照射された光の入射角を変化させることにより照明位置の座標を変更させる機能を実行するとともに反射角も変化させることにより撮影位置座標を変更する機能を実行する。
これによって、本発明の他の実施の形態では、図７Ｂのように印刷回路基板上の検査部位を独立照明部３と従属照明部５により１次と２次にわたって照明した状態で映像を獲得することができる。例えば、検査対象物の特定部位に強い光を照射して特殊な映像を取得する場合に効果的に使用できる。
以後、獲得された映像はさらにＸ−Ｙ回転モーター４１、４２の軸に付着された全反射鏡４１１、４２１を通じて反射されて半反射鏡５１を透過した後にカメラ６に伝達される。
先登録発明を説明するための全体構成図である。 先登録発明の作用状態を示す構成図である。 本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査装置の全体構成を示した概略図である。 本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査装置の映像獲得作動を示した構成図である。 本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査装置において、独立照明部の構成を示した平面図である。 本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査装置を説明するための概念図である。 本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査方法を示した順序図である。 本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査装置の他の実施の形態を示した全体構成図である。 本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査装置の他の実施の形態の映像獲得作動を示した構成図である。 本発明による全反射鏡を利用したビジョン検査装置の他の実施の形態を説明するための概念図である。 本発明による全反射鏡を利用した他の実施の形態のビジョン検査方法を示した順序図である。
符号の説明
１、１' ビジョン検査装置
２ 基板位置制御モジュール
３ 独立照明部
４ 撮影位置制御モジュール
５ 従属照明部
６ カメラ
７ 制御部
８ ビジョン処理部
２１ 基板固定台
２２、２３ 第１及び第２の感知センサー
２４、２５ 傾斜面
３１ １次照明灯
３２ 視野確保通路
４１ Ｘ軸回転モーター
４２ Ｙ軸回転モーター
５１ 半反射鏡
５２ ２次照明灯
７１ モーションコントローラ
７２ 照明コントローラ
７３ 映像プロセッサ
２１１ ストッパ
４１１ Ｘ軸全反射鏡
４２１ Ｙ軸全反射鏡

Claims (8)

  1. 部品が実装された印刷回路基板を適正検査位置に固定させる基板位置制御モジュールと、
    前記基板位置制御モジュールの直上部に設置され、前記印刷回路基板を照明する１次照明灯が具備される独立照明部と、
    前記独立照明部の直上部に設置され、Ｘ−Ｙ軸回転モーターの軸に全反射鏡を付着して前記印刷回路基板上の希望する位置座標に反射角を変更する撮影位置制御モジュールと、
    前記撮影位置制御モジュールから反射された前記印刷回路基板の映像を獲得するカメラと、
    前記撮影位置制御モジュール及び基板位置制御モジュールを制御するモーションコントローラと、前記独立照明部の作動を制御する照明コントローラと、前記カメラの作動を制御してカメラに入射される映像をデジタルデータに変換する映像プロセッサからなる制御部と、
    前記カメラを通じて獲得した映像を判読して不良可否を判定するビジョン処理部と、を含むこと
    を特徴とする全反射鏡を利用したビジョン検査装置。
  2. 前記基板位置制御モジュールは、コンベヤー構造体として、前記印刷回路基板のフローと位置を感知する第１及び第２の感知センサーと、各センサーの感知値により前記印刷回路基板を強制停止させるストッパと、を有する基板固定台で構成されること
    を特徴とする請求項１に記載の全反射鏡を利用したビジョン検査装置。
  3. 前記基板固定台は、一端と他端に傾斜面が形成され、先/後行装備のコンベヤーより高い位置に位置されること
    を特徴とする請求項１に記載の全反射鏡を利用したビジョン検査装置。
  4. 前記独立照明部は、中央を貫通する視野確保通路の外周に１次照明灯が配列設置され、前記印刷回路基板を四方から照明するように構成されること
    を特徴とする請求項１に記載の全反射鏡を利用したビジョン検査装置。
  5. 前記独立照明部は、前記基板位置制御モジュールの直上部に近接設置されること
    を特徴とする請求項１に記載の全反射鏡を利用したビジョン検査装置。
  6. 印刷回路基板を適正検査位置に固定させる基板位置制御モジュールと、
    前記基板位置制御モジュールの直上部に設置され、前記印刷回路基板を１次照明する１次照明灯が具備される独立照明部と、
    前記独立照明部の直上部に設置され、希望する位置座標で撮影と照明が行われるようにＸ−Ｙ回転モーターの軸に全反射鏡を付着して入射角と反射角を変更する撮影位置制御モジュールと、
    前記撮影位置制御モジュールの動きによって撮影位置と連動して前記印刷回路基板上の照射位置が変更され、２次照明灯の光を前記撮影位置制御モジュールに反射させて前記印刷回路基板の映像を透過させる半反射鏡が具備される従属照明部と、
    前記半反射鏡を透過した前記印刷回路基板の映像を獲得するカメラと、
    前記撮影位置制御モジュールと基板位置制御モジュールを制御するモーションコントローラと、前記独立照明部の作動を制御する照明コントローラと、前記カメラの作動を制御して前記カメラに入射される映像をデジタルデータに変換する映像プロセッサからなる制御部と、
    カメラを通じて獲得した映像を判読して不良可否を判定するビジョン処理部と、を含むこと
    を特徴とする全反射鏡を利用したビジョン検査装置。
  7. 基板位置制御モジュールを通じて印刷回路基板を適正検査位置に固定させる段階と、
    前記印刷回路基板を独立照明部で照明する段階と、
    前記印刷回路基板の映像をカメラに伝達するためにＸ−Ｙ回転モーターの軸に付着された全反射鏡を通じて入射角と反射角を調節する段階と、
    前記カメラに入射される映像をデジタルデータに変換する段階と、
    前記カメラを通じて獲得した映像を判読して部品実装の良否を判定する段階と、で行われること
    を特徴とする全反射鏡を利用したビジョン検査方法。
  8. 基板位置制御モジュールを通じて印刷回路基板を適正検査位置に固定させる段階と、
    前記印刷回路基板を独立照明部で１次照明する段階と、
    前記印刷回路基板の希望する位置座標に従属照明部の半反射鏡に反射される２次照明を照射することともに前記印刷回路基板の映像をカメラに伝達するためにＸ−Ｙ回転モーターの軸に付着された全反射鏡を通じて入射角と反射角を調節する段階と、
    前記従属照明部の半反射鏡に透過されてカメラに入射される映像をデジタルデータに変換する段階と、
    前記カメラを通じて獲得した映像を判読して部品実装の良否を判定する段階と、で行われること
    を特徴とする全反射鏡を利用したビジョン検査方法。
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