JP2014510276A - 映像鮮明度が改善したビジョン検査装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、検査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、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として、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されて検査対象物の２次元形象を獲得するための第１カメラ部と、第１カメラ部の側部に多数個配置される第２カメラ部と、第２カメラ部のカメラとカメラ間に配置される格子模様照射部と、第１カメラ部及び第２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、光照射部、及び第１、第２カメラ部を制御する制御部と、光拡散部と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明はビジョン検査装置に係り、より詳細には、光拡散板を利用して検査対象物に照射される照明の光均一度を進め、多重格子模様を利用して高さを検査することができ、検査対象物を撮影するためのカメラ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、映像の鮮明度を高め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。

図１に示したとおり、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される照明部１１０と、照明部１１０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１２０と、照明部１１０からの光を反射して検査対象物に照らしながら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１３０とを含んで構成される。
ここで、照明部１１０は、各種のランプを多数個配してハウジング１４０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、エルイーディー部品または印刷回路基板上に格子を通じて光を照射すると、照射された光が検査対象物の表面に映って形成され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。

以後、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／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。

一方、従来のビジョン検査装置では、光を反射させながら映像を撮影するために提供されるハーフミラーが中央のカメラ部の前方に配置される。これによって、より鮮やかな映像の撮影を邪魔していた。
また、照明部からの光が直接検査対象物の表面に照射されるので、光が重畳されて、直接照射される部分は相対的に非常に明るい一方、光密度の低い部分は相対的に暗くなる問題点がある。
また、中央のカメラ部内に検査対象基板が正しい位置に装着されたのかを認識するためのレーザー及びカメラなどの構成が収容されるので、中央のカメラを収容するためのハウジングに収容される全体構成の種類、大きさ及び重さが増加されて維持補修に不便さを誘発する。

本発明は上記のような従来の問題に鑑みなされたもので、本発明の目的とするところは、検査対象物の表面に照射される光の均一度を進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。
本発明の他の目的とするところは、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。
本発明のさらに他の目的とするところは、装置の大きさを小型化し、構成を分散させることによって、維持補修が便利なビジョン検査装置を提供することにある。

上記の目的を達成するためになされた本発明の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として、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されて検査対象物の２次元形象を獲得するための第１カメラ部と、第１カメラ部の側部に多数個配置される第２カメラ部と、第２カメラ部のカメラとカメラ間に配置される格子模様照射部と、第１カメラ部及び第２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、光照射部、及び第１、第２カメラ部を制御する制御部と、照明部の前方に配置される光拡散部と、を含む。

望ましくは、格子模様照射部は、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である。
ここで、照明部は、垂直下方向に光を照射するための水平照明部と、傾斜方向に光を照射するための傾斜照明部とを含んで構成される。
望ましくは、光拡散部は、水平照明部と傾斜照明部皆の前面に配置される。

望ましくは、第１カメラ部の一側部には、検査対象物の位置確認のための第３カメラ部が配置される。
ここで、第３カメラ部の前方には、位置確認照明部とハーフミラーが配置される。
望ましくは、側面図上、第１カメラ部と格子模様照射部間の角度は２５度ないし４５度である。

本発明によって、検査対象物の表面に照射される光の均一度を進めることができる。
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。
また、装置の大きさを小型化し、構成を分散させることによって、維持補修が便利である。

従来のビジョン検査装置の側断面図である。 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。

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。
これに先だち、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即して、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ないのであり、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第１カメラ部３０と、第１カメラ部３０の側部に多数個配置される第２カメラ部４０−２、４０−４、４０−６、４０−８と、第２カメラ部４０−２、４０−４、４０−６、４０−８のカメラとカメラ間に配置される格子模様照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８と、第１カメラ部３０及び第２カメラ部４０−２、４０−４、４０−６、４０−８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、光照射部、及び第１、第２カメラ部３０、４０−２、４０−４、４０−６、４０−８を制御する制御部７０と、照明部２０の前方に配置される光拡散部２５とを含む。

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とができる。
ここで、ステージ部１０は、検査される検査対象物５をセットす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が第１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エルイーディー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に垂直に入射され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。
第１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）カメラに用意される。
第１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ことと同時に、格子模様照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８によって照射された格子模様が変形された様子を撮影して検査対象物の高さを測定する。

図１に示した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ながら、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、第１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、第１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。
第１カメラ部３０の側部には多数の第２カメラ部４０−２、４０−４、４０−６、４０−８が第１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こと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に示したとおり、四つの第２カメラ部４０−２、４０−４、４０−６、４０−８が第１カメラ部３０を中心にして対称的に配置されて、基板などの検査対象物に配置される部品の浮き立ちや未挿入（ｎｏｎ−ｉｎｓｅｒｔｉｎｇ ｓｔａｔｕｓ）などを検査する。
格子模様照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８は、検査対象物５に格子模様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上に照射されるようにし、格子形象の影が変形された様子を第１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。

格子模様照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８も第１カメラ部３０を中心に四つの格子模様照射部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格子模様を照射するように構成される。
ここで、格子模様照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８は赤色や青色などの多様な色の格子模様を照射するように構成される。
したがって、より大きい間隔の格子模様とより小さな間隔の格子模様をその色を異にして照射することによって、部品の高さ測定に必要となる時間を減少させながらより正確な高さ測定が可能である。

格子模様照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８と第１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、部品の高さによる格子模様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、格子模様照射部５０−２、５０−４、５０−６、５０−８に近い方と違い方に照射される格子模様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、照射された格子模様を第１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格子模様が適切に変形される。

一方、ビジョン処理部６０は、第１及び第２カメラ部から獲得された検査対象物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、第１及び第２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されるようにする。
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と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、第１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第３カメラ部８０が配置される。
ここで、第３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、図１に示した従来の中央カメラ１２０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第３カメラ部８０のハウジング内に受容されることによって、第１カメラ部３０のハウジング直径を減少させることができ、付属故障の場合にも管理が容易になる。

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できる。

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 ：第１カメラ部
４０−２，４０−４，４０−６，４０−８ ：第２カメラ部
５０−２，５０−４，５０−６，５０−８ ：格子模様照射部
６０ ：ビジョン処理部
７０ ：制御部
８０ ：第３カメラ部
８２ ：ハーフミラー
８４ ：位置確認照明部
１１０ ：照明部
１２０ ：カメラ部
１３０ ：ハーフミラー
１４０ ：ハウジング
α ：配置角度

Claims (7)

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されて検査対象物の２次元形象を獲得するための第１カメラ部と、
   前記第１カメラ部の側部に多数個配置される第２カメラ部と、
   前記第２カメラ部のカメラとカメラ間に配置される格子模様照射部と、
   前記第１カメラ部及び第２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、前記光照射部、及び前記第１、第２カメラ部を制御する制御部と、
   前記照明部の前方に配置される光拡散部と、
   を含むことを特徴とする映像鮮明度が改善したビジョン検査装置。
2. 前記格子模様照射部は、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であることを特徴とする請求項１に記載の映像鮮明度が改善したビジョン検査装置。
3. 前記照明部は、垂直下方向に光を照射するための水平照明部と、傾斜方向に光を照射するための傾斜照明部とを含んで構成されることを特徴とする請求項１に記載の映像鮮明度が改善したビジョン検査装置。
4. 前記光拡散部は、前記水平照明部と傾斜照明部皆の前面に配置されることを特徴とする請求項１に記載の映像鮮明度が改善したビジョン検査装置。
5. 前記第１カメラ部の一側部には、検査対象物の位置確認のための第３カメラ部が配置されることを特徴とする請求項１に記載の映像鮮明度が改善したビジョン検査装置。
6. 前記第３カメラ部の前方には、位置確認照明部とハーフミラーが配置されることを特徴とする請求項５に記載の映像鮮明度が改善したビジョン検査装置。
7. 側面図上、前記第１カメラ部と前記格子模様照射部間の角度は２５度ないし４５度であることを特徴とする請求項１に記載の映像鮮明度が改善したビジョン検査装置。
   

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