JP2014508938A - 多重グリッドパターンを利用したビジョン検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、部品の組み立て過程で組み立てまたは実装された検査対象物をカメラから撮影した後、撮影されたイメージをあらかじめ入力された対象イメージと比べて検査対象物の良好または不良を判別するためのビジョン検査装置を提供する。
【解決手段】 本発明によるビジョン検査装置は、検査対象物を検査位置に固定または移送させるステージ部と、ステージ部の上部に位置し、検査対象物に照明を提供する照明部と、照明部の中心に位置して検査対象物の２次元形象を獲得するための中央カメラ部と、中央カメラ部の側部に配置されるグリッドパターン照射部と、中央カメラ部から撮影された映像を判読して検査対象物の良好または不良を判別するビジョン処理部と、ステージ部とグリッドパターン照射部及びカメラ部を制御する制御部とを含み、グリッドパターン照射部はお互いに違う間隔の周期を持つグリッドパターンを照射するように構成されることを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明はビジョン検査装置に係り、より詳しくは、より広い間隔のグリッドパターンと狭い間隔のグリッドパターンを利用してビジョン検査を遂行することによって、検査対象物の高さを迅速で正確に測定することができるビジョン検査装置に関する。

一般的に、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を含む。

通常的に、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で構成される。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）、ステッキ（Ｓｔｉｃｋ）、トレー（Ｔｒａｙ）の形態に供給される各種表面実装部品を部品供給機（Ｆｅｅｄｅｒ）から受けて印刷回路基板上の実装位置に乗せる作業を遂行する。

そして、ビジョン検査装置は、表面実装部品の半田付け工程完了の前または完了後、表面実装部品の実装状態を検査して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。

通常的なビジョン検査装置は、ランプなどを利用して光が照射する照明部と、照明部の上部に設置されて検査対象物に実装された各種部品の映像情報を撮影するためのカメラ部と、照明部からの光を反射して検査対象物に照らして検査対象物の形象をカメラ部に伝達するためのハーフミラーとを含んで構成される。

ここで、照明部は、各種のランプを多数個配してハウジング内に配置され、検査対象物に照明を照射する場合には多数のランプに電源を供給して光を照射する。

通常的なビジョン検査方法は、コンベヤーを通じて検査対象物が水平移送され、位置調節装置で初期位置を調節し、調節が完了した後、ＬＥＤ部品または印刷回路基板上に格子を通じて光を照射し、照射された光が検査対象物の表面に映って形成した影形象を分析することによって、３次元的高さを測定する。

次に、撮影部分を演算して基準値と比べることによって、高さと連関する部品実装の良好または不良を検査し、また、表面実装部品の実装の有無を検査する。

上記のような検査方法は、全て２次元的影形象を測定して三角関数を利用することによって、３次元的高さを計算するものである。

よって、照射された光によって形成された影パターンを明確に撮影して区分するのが構造光を利用したビジョン検査装置においては非常に重要な要素である。

ところが、図１に図示したように、高さを持つ検査対象物にグリッドパターンの光を照射し、これを平面的に撮影する場合、検査対象物の高さがグリッドパターンの間隔より相対的に非常に高ければ、検査対象物の上部に照射されたグリッドパターン１、２、３と底面のグリッドパターン１−１、２−１、３−１の中でいずれが最初等しいグリッドパターンなのかを区分することができなくなる。

よって、このような要因は高さ検査において誤差を誘発する原因であり、このような誤差除去のために、高さ検査に要求される計算過程が複雑になり、検査に必要な時間が長くなる要因になる。

本発明は前記のような従来の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的は、検査対象物の高さが高い場合にも正確な高さの計算が可能なビジョン検査装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、正確な高さの計算が可能で高速の検査が可能なビジョン検査装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、検査対象物の表面に照射する光の均一度を高めることができるビジョン検査装置を提供することにある。

本発明のさらに他の目的は、中央のカメラ部の前方に配置されるハーフミラーをとり除くことによって、より鮮やかな映像の撮影が可能なビジョン検査装置を提供することにある。

前記目的を果たすための本発明によるビジョン検査装置は、部品の組み立て過程で組み立てまたは実装された検査対象物をカメラから撮影した後、撮影されたイメージをあらかじめ入力された対象イメージと比べて検査対象物の良好または不良を判別するためのビジョン検査装置に於いて、前記検査対象物を検査位置に固定または移送させるステージ部と、前記ステージ部の上部に位置し、前記検査対象物に照明を提供する照明部と、前記照明部の中心に位置して検査対象物の２次元形象を獲得するための中央カメラ部と、前記中央カメラ部の側部に配置されるグリッドパターン照射部と、前記中央カメラ部から撮影された映像を判読して前記検査対象物の良好または不良を判別するビジョン処理部と、前記ステージ部と前記グリッドパターン照射部及び前記カメラ部を制御する制御部とを含み、前記グリッドパターン照射部はお互いに違う間隔の周期を持つグリッドパターンを照射するように構成されることを特徴とする。

ここで、前記グリッドパターン照射部は、液晶パネルまたはマイクロミラーモジュールである。

望ましくは、前記グリッドパターン照射部は多数個で構成され、より大きい周期のグリッドパターンとより小さな周期のグリッドパターンを同時または順次に照射するように構成される。

望ましくは、前記より大きい周期のグリッドパターン間隔は、より小さなグリッドパターン間隔に比べて３倍乃至６倍である。

望ましくは、前記中央カメラ部の側部に多数個配置される側部カメラ部を追加的に含む。

望ましくは、前記多数のグリッドパターン照射部は、前記中央カメラ部を中心に相互対向配置される。

望ましくは、前記側部カメラ部は、前記中央カメラ部を中心に相互対向配置される。

望ましくは、前記グリッドパターン照射部は、多様な色のグリッドパターンを照射するように構成される。

望ましくは、前記照明部の前方に配置される光拡散部を追加的に含む。

本発明によって、検査対象物の高さが高い場合にも正確な高さの計算が可能である。

また、高速で正確な高さの計算が可能である。

また、検査対象物の表面に照射する光の均一度を高めることができる。

また、中央のカメラ部の前方に配置されるハーフミラーをとり除くことによって、より鮮やかな映像の撮影が可能である。

１ａは部品にグリッドパターンを照射した状態を図示した斜視図であり、１ｂは部品にグリッドパターンを照射した状態を図示した平面図である。 本発明によるビジョン検査装置の概略側面図である。 本発明によるビジョン検査装置の概略平面図である。 グリッドパターンの周期と部品の高さ関係を現わす概念図である。

以下、添付された図面を参照して本発明の構成を詳しく説明する。

これに先立ち、本明細書及び特許請求の範囲に使われた用語は辞書的な意味で限定解釈されることなく、発明者は自分の発明を最善の方法で説明するために用語の概念を適切に定義することができるという原則に照らして、本発明の技術的思想にかなう意味と概念に解釈されなければならない。

したがって、本明細書に記載した実施例及び図面に図示された構成は本発明の望ましい実施例に過ぎず、本発明の技術的思想を全て表現しているわけではないので、本出願時点にあってこれらと取り替えることができる多様な均等物と変形例が存在することができることを理解しなければならない。

図２は本発明によるビジョン検査装置の概略側面図であり、図３は本発明によるビジョン検査装置の概略平面図である。

図２及び図３を参照すれば、本発明によるビジョン検査装置は、部品の組み立て過程で組み立てまたは実装された検査対象物をカメラから撮影した後、撮影されたイメージをあらかじめ入力された対象イメージと比べて検査対象物の良好または不良を判別するための映像の鮮明度が改善したビジョン検査装置として、検査対象物５を検査位置に固定または移送させるステージ部１０と、ステージ部１０の上部に位し、検査対象物５に照明を提供する照明部２０と、照明部２０の中心に位置されて検査対象物５の２次元形象を獲得するための中央カメラ部３０と、中央カメラ部３０の側部に配置される多数のグリッドパターン照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８と、中央カメラ部３０から撮影された映像を判読して検査対象物の良好または不良を判別するビジョン処理部６０と、ステージ部１０、グリッドパターン照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８及び中央カメラ部３０を制御する制御部７０とを含み、グリッドパターン照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８はお互いに違う間隔の周期を持つグリッドパターンを照射するように構成される。

本発明によるビジョン検査装置は、表面実装ラインで作業を終えた印刷回路基板の表面実装部品を検査する場合、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するように設置される。

このようなビジョン検査装置は、先行及び後行装備のコンベヤーとコンベヤーとの間に形成される空間に配置される方式で設置されるか、または先行及び後行装備と連携されることなく、単独テーブルの形態でも使われる。

ここで、ステージ部１０は、検査される検査対象物５が着座される空間を提供する構成要素として、検査対象物５の位置を調節及び固定させるための位置調節部（未図示）及び固定部（未図示）などを含んで構成される。

ここで、ステージ部１０の上部には照明部２０が中央カメラ部３０を中心に円周方向に沿って連続的または断続的に設置される。

照明部２０は、検査対象物５の正確な映像情報を確保するために検査対象物５に照明を提供する構成要素として、多数のランプまたはＬＥＤ電球を多数個配置して検査対象物５を四方から照明するように用意される。

照明部２０は、水平照明部２２と傾斜照明部２３とを含んで構成される。ここで、水平照明部２２は、ステージ１０の上部に設置されて検査対象物５に垂直に入射する光を提供する役目を遂行する。

傾斜照明部２３は、垂直照明部２２の側部に配置されて傾斜方向の光を提供する役目を遂行する。

中央カメラ部３０は、検査対象物５を平面的に撮影するための構成要素として、望ましくは、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ ｃｏｕｐｌｅｄ ｄｅｖｉｃｅ）カメラが用意される。

中央カメラ部３０により検査対象物５の２次元的検査を遂行すると同時に、グリッドパターン照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８によって照射されたグリッドパターンが変形された様子を撮影して検査対象物の高さを測定できる。

従来のビジョン検査装置の場合、通常、中央カメラ部の前方にハーフミラーが配置されて照明部からの照明を反射して、カメラを通じる映像の撮影が可能となるように構成されるが、本発明の場合、中央カメラ部３０の前方にハーフミラーが配置されない。

よって、中央カメラ部３０を通じてより鮮やかな映像の撮影が可能になる。

中央カメラ部３０の側部には多数の側部カメラ部４０−２、４０−４、４０−６、４０−８が中央カメラ部３０に対して対称的に配置されることによって、映像の死角地域をとり除くと同時に映像の撮影を迅速に遂行することができる。

図３に図示したとおり、四つの側部カメラ部４０−２、４０−４、４０−６、４０−８が中央カメラ部３０を中心に対称的に配置されて、基板などの検査対象物に配置する部品の浮き立ちや未挿入（ｎｏｎ−ｉｎｓｅｒｔｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ）などを検査する。

グリッドパターン照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８は、検査対象物５にグリッドパターンを照射して高さを測定するための構成として、液晶パネルまたはデジタルマイクロミラーディスプレイ（ＤＭＤ： Ｄｉｇｉｔａｌ Ｍｉｃｒｏｍｉｒｒｏｒ Ｄｉｓｐｌａｙ）と光源を含んで構成される。

よって、制御部７０の制御により格子形象の影が検査対象物５上に照射するようにし、格子形象の影が変形された様子を中央カメラ部３０を通じて撮影することによって、部品の高さを計算することができる。

グリッドパターン照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８も中央カメラ部３０を中心に四つのグリッドパターン照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８が対称的に配置されて、検査対象物５に同時または順次にグリッドパターンを照射するように構成される。

ここで、グリッドパターン照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８は赤色や青色などの多様な色のグリッドパターンを照射するように構成される。

したがって、より大きい間隔のグリッドパターンとより小さな間隔のグリッドパターンをその色を異って照射することにより、部品の高さ測定に必要となる時間を減少させてより正確な高さ測定が可能である。

グリッドパターン照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８と中央カメラ部３０間の配置角度αは２５度ないし４５度の角度範囲に配置されるのが望ましい。

角度ａが２５度より小さい場合は、部品の高さによるグリッドパターンの変形位が小さくて、高さ計算に誤差を引き起こし、角度ａが４５度より大きい場合は、グリッドパターン照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８に近い方と違い方に照射するグリッドパターン幅の差が過度に大きくなって高さ計算に誤差を引き起こすことがある。

角度範囲に配置される場合、照射されたグリッドパターンを中央カメラ部３０を通じて撮影すれば、検査対象物の高さに沿ってグリッドパターンが適切に変形される。

一方、ビジョン処理部６０は、中央カメラ部３０から獲得した検査対象物５の映像情報をフーリエ変換（Ｆｏｕｒｉｅｒ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）などの数学的な処理を通じて計算して、あらかじめ入力された基準値と比べることによって、検査対象物５の良好または不良を判断する。

また、制御部７０は、ステージ部１０、中央カメラ部の駆動及び動作を制御するモーションコントローラーを含む構成要素として、本発明によるビジョン検査装置全体の駆動を制御するように用意される。

制御部７０は、システム制御プログラムによってビジョン検査装置の撮影位置制御と撮影された映像の処理と照明部制御などの物理的な制御を担当するのはもちろん、検査作業の遂行及びデータの演算作業を遂行する。

同時に、制御部７０は、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と、作業者の設定及び諸般事項を入力することができる入力装置の制御などのようなビジョン検査装置の総括的な制御を担当する。

一方、照明部２０の前方には光拡散板のような光拡散部２５が配置されて、照明部２０からの光が検査対象物の全体領域にすべて等しく照射するようにする。

したがって、検査対象物５上で暗い部分と明るい部分の差を減少させてより鮮やかな映像を撮影することができる。

光拡散部２５は、水平照明部２２と傾斜照明部２３の全ての前方に配置することができるように断面上で切れた形態で構成される。

一方、中央カメラ部３０の一側部には検査対象物の位置確認のための位置確認カメラ部８０が配置される。

ここで、位置確認カメラ部８０の前方には位置確認照明部８４とハーフミラー８２が配置される。

したがって、従来の中央カメラを通じて検査対象物の位置を確認する場合に比べて、位置確認のための構成が別途の位置確認カメラ部８０のハウジング内に受容することによって、中央カメラ部３０のハウジング直径を減少することができるし、付属故障の場合にも管理が容易になる。

図４はグリッドパターンの周期と部品の高さ関係を現わす概念図である。

図４を参照して本発明によるビジョン検査装置の格子の照射過程を説明すれば次のようである。

先に、図４で ａ、ｂ、ｃ、ｄ点を引き継ぐ階段形象の直線は大きい周期を持つグリッドパターンにより測定される高さを概念的に図示する。

すなわち、大きい周期のグリッドパターンは、５００ミクロメーターの解像度を持ち、したがって、０から５００ミクロメーターまでの高さに対しては全て等しい高さで認識し、５００から１０００ミクロメーターまではまた他の高さで認識するようになる。

これは大きい周期のグリッドパターンを利用して部品の高さを測定する場合の解像度を概念的に説明し、具体的な数字はグリッドパターンの周期の大きさによって変わる。

グリッドパターン照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８によって一次的に大きい間隔のグリッドパターンを照射して部品の大略的な高さを測定する。

すなわち、図４に例示された六面体形象部品の高さが１６８０ミクロメーターだとする場合、大きい周期のグリッドパターンを通じて一次的に１５００から２０００ミクロメーターまでの範囲に部品の高さがあることを測定する。

その次の手順として、小さな周期を持つグリッドパターンを照射してｄ点からＲ点までの高さが１８０ミクロメーターであることを測定する。

よって、部品のすべて高さは１５００＋１８０として１６８０ミクロメーターであると測定する。

もし、大きい周期のグリッドパターンを通じる高さ測定の過程なしに小さな周期のグリッドパターン一つだけで部品の高さを測定すれば、図１で左側の１番回グリッドパターンと最初に一致するグリッドパターンが右側の１−１グリッドパターンなのか、２−１グリッドパターンなのか、３−１グリッドパターンなのか、すなわち部品の上面にあるグリッドパターンと底面にあるグリッドパターンが相互に何度の周期（格子間隔）で一致するかどうかの可否を判断することができなくなる。

よって、このような要因は高さ検査において誤差を誘発する原因であり、このような誤差除去のために高さ検査に要求される計算過程が複雑になり、検査に必要となる時間が長くなる要因になる。

本発明ではこのように、大きい周期のグリッドパターンとより高い解像度の小さなグリッドパターンを一緒に利用し、大きい周期のグリッドパターンを通じて大略的な高さの範囲を測定し、小さな周期のグリッドパターンを利用してはより正確な高さを測定することによって、迅速で正確な高さ検査を遂行することができる。

大きい周期のグリッドパターン及び小さな周期のグリッドパターンは、高さ検査装置の必要仕様によって、大きい周期のグリッドパターン及び小さな周期のグリッドパターンをそれぞれ一度照射してこれを撮影するか、または、大きい周期のグリッドパターンを一度照射して撮影し、小さな周期のグリッドパターンは大きい周期のグリッドパターン間を移動させながら撮影することによって、より正確な高さ測定が可能となるように構成することもできる。

ここで、グリッドパターン照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８により照射する格子の周期の大きさによって赤色または青色などの色で区分して格子を照射すると、より明確で迅速に部品の高さを測定することができる。

すなわち、大きい周期のグリッドパターンは赤色で照射し、より小さな周期のグリッドパターンは青色で照射する。

グリッドパターン照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８により照射するグリッドパターンの場合、大きい周期のグリッドパターンと小さな周期のグリッドパターンを同時に、または順次に照射する。

すなわち、各グリッドパターン照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８を通じて先に大きい周期のグリッドパターンを照射し、次に小さな周期のグリッドパターンを照射するか、または、大きい周期のグリッドパターンを赤色にし、小さな周期のグリッドパターンを青色にして同時に照射することもできる。

これより大きい周期のグリッドパターン間隔は、より小さなグリッドパターン間隔に比べて３倍乃至６倍で構成するのが望ましい。

もし大きい周期のグリッドパターン間隔が３倍未満の場合は、周期の大きさの差による測定解像度差が大きくないので、より正確な高さ測定に好ましくなく、もし、大きい周期のグリッドパターン間隔が６倍を超過する場合は、大きい間隔と小さな間隔間の差が非常に大きくなって、最終的に検査対象物上に照らされた格子形象の鮮明度に望ましくない影響を及ぼすようになる。

以上では本発明を実施例によって詳細に説明したが、本発明は実施例に限定されず、本発明が属する技術分野において通常の知識を有するものであれば本発明の思想と精神を離れることなく、本発明を修正または変更が可能である。

５ ：検査対象物
１０ ：ステージ部
２０ ：照明部
２２ ：水平照明部
２３ ：傾斜照明部
２５ ：光拡散部
３０ ：中央カメラ部
４０−２，４０−４，４０−６，４０−８ ：側部カメラ部
５０−２，５０−４，５０−６，５０−８ ：グリッドパターン照射部
６０ ：ビジョン処理部
７０ ：制御部
８０ ：位置確認カメラ部
８２ ：ハーフミラー
８４ ：位置確認照明部
α ：配置角度

Claims (9)

1. 部品の組み立て過程で組み立てまたは実装された検査対象物をカメラから撮影した後、撮影されたイメージをあらかじめ入力された対象イメージと比べて検査対象物の良好または不良を判別するためのビジョン検査装置に於いて、
   前記検査対象物を検査位置に固定または移送させるステージ部と、
   前記ステージ部の上部に位置し、前記検査対象物に照明を提供する照明部と、
   前記照明部の中心に位置して検査対象物の２次元形象を獲得するための中央カメラ部と、
   前記中央カメラ部の側部に配置されるグリッドパターン照射部と、
   前記中央カメラ部から撮影された映像を判読して前記検査対象物の良好または不良を判別するビジョン処理部と、
   前記ステージ部、前記グリッドパターン照射部及び前記カメラ部を制御する制御部とを含み、
   前記グリッドパターン照射部はお互いに違う間隔の周期を持つグリッドパターンを照射するように構成されることを特徴とする多重グリッドパターンを利用したビジョン検査装置。
2. 前記グリッドパターン照射部は、液晶パネルまたはマイクロミラーモジュールであることを特徴とする請求項１に記載の多重グリッドパターンを利用したビジョン検査装置。
3. 前記グリッドパターン照射部は多数個で構成され、より大きい周期のグリッドパターンとより小さな周期のグリッドパターンを同時または順次に照射するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の多重グリッドパターンを利用したビジョン検査装置。
4. 前記より大きい周期のグリッドパターンの間隔は、より小さなグリッドパターン間隔に比べて３倍乃至６倍であることを特徴とする請求項３に記載の多重グリッドパターンを利用したビジョン検査装置。
5. 前記中央カメラ部の側部に多数個配置される側部カメラ部を追加的に含むことを特徴とする請求項１に記載の多重グリッドパターンを利用したビジョン検査装置。
6. 前記多数のグリッドパターン照射部は、前記中央カメラ部を中心に相互対向配置されることを特徴とする請求項３に記載の多重グリッドパターンを利用したビジョン検査装置。
7. 前記側部カメラ部は、前記中央カメラ部を中心に相互対向配置されることを特徴とする請求項５に記載の多重グリッドパターンを利用したビジョン検査装置。
8. 前記グリッドパターン照射部は、多様な色のグリッドパターンを照射するように構成されることを特徴とする請求項１に記載の多重グリッドパターンを利用したビジョン検査装置。
9. 前記照明部の前方に配置される光拡散部を追加的に含むことを特徴とする請求項１に記載の多重グリッドパターンを利用したビジョン検査装置。

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