JPWO2015019978A1 - 焦点調節方法およびその装置 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに、選択した対象物にのみ選択的に焦点を合わせるには、ソフトウエアによる特別な画像の加工処理または対象物のみが映るような位置にカメラを移動させる人的作業などが必要であった。
上記焦点調節方法に係る本発明では、前記基板が、その表面に高さの異なる複数の物体が配置された基板であり、前記第1ステップにおいて、少なくとも1つの物体が含まれるように基板の部分を撮像することを特徴としてもよく、さらに、前記第1ステップにおいて、少なくとも2つの物体が含まれるように基板の部分を撮像することを特徴としてもよい。ここで、前記物体のうち、少なくとも一つの物体が方形状であり、前記画像表示領域が、4つの分割領域に等分されることが好ましい。
上記焦点調節方法に係る本発明では、前記第2ステップにおいて、撮像装置をZ方向に移動させながら連続的に撮像画像を取得し、当該撮像画像をその撮像時のZ座標値と共に記憶装置に記憶し、ユーザが選択した一つの分割領域内における各撮像画像が判定基準値を満たす場合に合焦画像と判定し、当該撮像画像に合焦識別フラグを付けること、前記第3ステップにおいて、合焦識別フラグが付された全ての撮像画像を並べて表示することを特徴としてもよく、さらに、前記第3ステップにおいて、合焦画像における合焦物体の高さ情報を同時に表示することを特徴としてもよい。
上記作業装置に係る本発明では、さらに、ノズルを有する吐出装置と、吐出装置およびXYZ駆動装置を連結する取付部材とを備えることを特徴としてもよい。
上記作業装置に係る本発明では、前記表示装置が、タッチパネルを有する表示装置であり、前記入力装置が、タッチパネルに表示されたボタンにより構成されることを特徴としてもよい。
<装置>
本発明に係る焦点調節方法を実施する作業装置1を図1に示す。
本実施形態の作業装置1は、撮像装置3と、X駆動装置4と、Y駆動装置5と、Z駆動装置6と、各駆動装置(4、5、6)の動作を制御する制御装置10として機能するコンピュータ11と、から主に構成される。
撮像装置3は、撮像した画像をソフトウェアで処理することができるものであればCCDカメラ以外のものを採用することもでき、必要に応じて拡大レンズや照明を備えてもよい。
撮像装置3の被写体(ワーク)は、例えば半導体素子が実装される基板であり、基板表面には配線パターンが形成されている。被写体が方形状の半導体チップであり、アンダーフィルや封止などの基板への塗布工程のための焦点調節が行われる場合には、半導体チップの角を塗布開始基準位置(すなわち、アライメントマーク)とすることができる。なお、アライメントマークとなる物体の特徴点は、方形状の物体の角に限定されない。
基板17を載置するワークテーブル2は、Y駆動装置5に搭載され、前後方向(符号8)に移動可能とされている。
各駆動装置(4、5、6)は、微小距離間隔(例えば0.1mm以下の精度)で連続的に位置決めをすることができ、例えばボールネジと電動モータとの組み合わせや、リニアモータを用いることができる。
本実施形態の作業装置1は、タッチパネルである表示装置13の画面上から操作を行う。図2に、操作画面21の説明図を示す。
操作画面21は、撮像装置3が撮像した画像を表示する画像表示領域22と、後述する合焦の対象となる画像表示領域を選択するための選択ボタン23と、画像および座標値を記憶する操作を行うための記憶ボタン24と、後述する複数焦点判定ボタン25と、撮像装置3が現在の位置で実際に撮像している画像を表示させるためのカメラ画像表示ボタン26と、予め撮像した基板17の全体画像38を表示するための全体画像表示ボタン27とを備えている。
本実施形態の選択ボタン23は、5つの領域(a〜e)に区画されており、角の4つのボタン(a〜d)の位置は画像表示領域22を縦横に4分割したときのそれぞれの分割領域(A〜D)の位置に対応している。中央のボタンeは、画像表示領域22における分割領域全体(A+B+C+D)の中で焦点を合わせたい場合に使用する。
焦点自動調節動作を図3および図4を参照しながら説明する。
図3は、基板17の上面に配線28と部品A29が実装された場合を例示するものである。図3(a)および(b)は、基板17の一部を上面から撮像した画像であり、分割領域BおよびDを縦断するように配線28が写し出され、分割領域Cの全体に部品A29が映し出されている。ここで、図3(a)では配線28に焦点が合っており、図3(b)では部品A29に焦点が合っている。図3(c)は、基板17と撮像装置3の位置関係を示す側面図である。
図4(a)は撮像装置3の走査路37を示す上面図、図4(b)は基板17の全体画像38を示す上面図である。撮像装置3のレンズ35を、X駆動装置4およびY駆動装置5により走査路37に沿って移動させながら撮像を行うことで、基板17の全体像を取得する。撮像装置3の一回あたりの撮像画像(部分撮像画像)は符号36に示すとおりであり、撮像視野には基板の一部しか表示されない。そのため、図4では24回撮像を行うことにより、基板17の全体像を取得している。図4(b)に示す基板17の全体画像38は、24枚の撮像画像をつなぎ合わせて作成している。
焦点自動調節動作は、撮像装置3の一回あたりの撮像画像36を4つの画像表示領域A〜Dに分割することにより行われる。
まず、操作画面21には、分割領域BおよびDを縦断する配線28が表示されている。この段階では、通常は焦点が合わない状態にある。この状態において、配線28が映っている分割領域BまたはDに対応する選択ボタン23bまたは23dを押す。これにより、撮像装置3はZ駆動装置6により下降移動する(水平移動はしない)。ここで、Z駆動装置6の下降移動は、撮像装置3を数mm(例えば2mm程度)上昇させた後に開始することが好ましい。焦点が合ったかどうかの判断は複数枚の撮像画像の比較によって行うところ、動作開始位置でちょうど焦点が合っていた場合、比較対象画像がないために合焦の判断ができず、合焦位置を通過してしまう可能性があるためである。
合焦判定装置12は、コンピュータ11の演算装置に合焦判定処理をさせるソフトウェアにより実現することができる。すなわち、コンピュータ11の演算装置は、記憶装置15に記憶した複数枚の撮像画像に画像処理を実施し、コントラストにピークを有する画像を合焦画像と判定し、合焦識別フラグを付ける。この合焦判定処理に要する時間は、例えば2〜3秒程度である。
このように、本実施形態の焦点調節手法によれば、選択された画像表示領域の分割領域内にある基板上の物体に自動で合焦することが可能である。また、撮像装置のZ軸方向下降動作には下限値が設けられているため、撮像装置が基板上の物体に衝突するおそれもない。
本実施形態では、複数の物体(部品、配線等)が実装された基板において、分割領域内に一種類の物体が実装されていることを前提としているが、各分割域内に複数種類の物体が実装されている場合は、後述する複数焦点判定機能により任意の焦点位置を選択することも可能である。
アライメントを行うための基準位置のティーチングの一例を図5を参照しながら説明する。以下の手順は、塗布位置や検査位置などを設定する場合にも適用することが可能である。
ティーチングは、2点の基準位置をコンピュータに記憶させることにより行うことが一般的である。精度の点からは、基板上のある程度離れた位置にある2点を基準位置に設定することが好ましく、例えば、基板の右上近傍と右下近傍であったり(縦の関係)、基板の右上近傍と左上近傍であったり(横の関係)、基板の右上近傍と左下近傍であったりする(対角の関係)。
以下では、第一の位置における撮像画像36Aでのティーチングを終え、第二の位置における撮像画像36Bでのティーチングを行う場合の手順を説明する。
図5(a)は第一の位置における撮像画像36Aであり、図5(b)は全体画像38における位置指示を説明する図であり、(c)は第二の位置における撮像画像36Bである。
(2)基準位置として登録したい箇所を画面上で指示する。図5の例では、所望位置である第二の位置40に指で触れる。これにより、撮像装置3がX駆動装置4およびY駆動装置5により指示された第二の位置40まで移動する。
(3)「カメラ画像表示ボタン26」を押し、撮像装置3の撮像画像36Bに切り換える。なお、この時点では、撮像装置3の焦点は合っていない。
(4)焦点を合わせたい箇所を含む分割領域に対応する「選択ボタン23」(選択ボタン23a〜eのいずれか)を押す。これにより、上述の焦点調節動作が開始され、自動で撮像装置3の焦点調節がされる。
(5)基準位置となる特徴点(例えば、部品の角部など)が画面の中心となるように、画像表示領域22に表示される画像位置の調節を行う。本実施形態例では、画像表示領域22に表示された特徴点に指で触れると、当該接触位置が中心となるように自動で画像位置の調節が行われる。その後、「記憶ボタン24」を押し、XYZ座標値(および表示された撮像画像36B)を記憶する。
以上の動作により、アライメントを行うための基準位置のティーチングが完了する。
一の分割領域内に複数種類の物体が実装されている場合の焦点判定手法を図6および図7を参照しながら説明する。
図6に示すように、一の分割領域内に高さの異なる部品(29、30)および配線28がある場合を考える。操作画面21において、一の分割領域を選択し、複数焦点判定ボタン25を押すと、図7に示すような、複数焦点判定画面31が表示される。複数焦点判定画面31において、開始ボタン32を押すと、Z駆動装置6が作動して、基板17面に実装されている物体(28、29、30)の高さを考慮した分(図6の例では約40mmとしている)だけ撮像装置3のZ位置を上昇させた後、下降移動させる。なお、撮像装置3の水平方向の位置調整が終了していない場合は、Z方向(鉛直方向)への移動と同時にまたは前後して、X駆動装置4およびY駆動装置5により撮像装置3を水平移動させる。
コンピュータ11の演算装置は、記憶装置15に記憶した複数枚の撮像画像に画像処理を実施し、合焦画像を判定し、合焦識別フラグを付する。合焦画像は、例えば予め設定した判定基準値(例えば、色値の最大値の1/2、1/3、3/4、或いは各撮像画像の微分値の閾値)に基づき判定する。この合焦判定で条件に合致する撮像画像を選定し、これらの画像をZ座標値に基づき昇順(降順としてもよい)で付番し、画像表示領域34に並べて表示する(図7参照)。各撮像画像取得時のZ座標値は、合焦物体の基板からの高さに換算され、画像表示領域34の横に位置する高さ表示領域33に表示される。Z座標値と合焦物体の高さの関係式は、予め高さ情報の分かっている物体に対し合焦作業を行うことにより取得しておく。図6の例では、配線28、部品A29、部品B30について3つの合焦画像が得られ、それぞれNo.1からNo.3までの部品番号が付番され、部品の高さの値(mm)と共に撮像画像が表示される。
Claims (10)
- 基板が載置されるワークテーブルと、
オートフォーカス機能を有しない撮像装置と、
ワークテーブルと撮像装置とを相対移動させるXYZ駆動装置と、
撮像装置が撮像した画像を記憶する記憶装置と、
画像表示領域を表示する表示装置と、
画像表示領域内の任意の位置を指定可能とする入力装置と、
記憶装置に記憶した複数枚の撮像画像に画像処理を実施し、各撮像画像のコントラストに基づき合焦画像を判定する合焦判定装置と、
撮像装置およびXYZ駆動装置の動作を制御する制御装置とを備える作業装置を用いた焦点調節方法であって、
撮像装置により基板の部分を撮像した部分撮像画像を取得し、複数の分割領域を有する画像表示領域に表示させる第1ステップ、
入力装置を介してユーザが選択した一つの分割領域に対して、合焦判定装置により合焦画像判定をする第2ステップ、
合焦画像と判定された撮像画像を画像表示領域に表示する第3ステップ、
を有することを特徴とする焦点調節方法。 - 前記基板が、その表面に高さの異なる複数の物体が配置された基板であり、
前記第1ステップにおいて、少なくとも1つの物体が含まれるように基板の部分を撮像することを特徴とする請求項1に記載の焦点調節方法。 - 前記第1ステップにおいて、少なくとも2つの物体が含まれるように基板の部分を撮像することを特徴とする請求項2に記載の焦点調節方法。
- 前記物体のうち、少なくとも一つの物体が方形状であり、
前記画像表示領域が、4つの分割領域に等分されることを特徴とする請求項2または3に記載の焦点調節方法。 - 前記第2ステップにおいて、撮像装置をZ方向に移動させながら連続的に撮像画像を取得し、当該撮像画像をその撮像時のZ座標値と共に記憶装置に記憶し、ユーザが選択した一つの分割領域内における各撮像画像のコントラストにピークを有する撮像画像を合焦画像と判定し、当該撮像画像に合焦識別フラグを付け、撮像装置の移動および撮像を停止することを特徴とする請求項2に記載の焦点調節方法。
- 前記第2ステップにおいて、撮像装置をZ方向に移動させながら連続的に撮像画像を取得し、当該撮像画像をその撮像時のZ座標値と共に記憶装置に記憶し、ユーザが選択した一つの分割領域内における各撮像画像が判定基準値を満たす場合に合焦画像と判定し、当該撮像画像に合焦識別フラグを付けること、
前記第3ステップにおいて、合焦識別フラグが付された全ての撮像画像を並べて表示することを特徴とする請求項3に記載の焦点調節方法。 - 前記第3ステップにおいて、合焦画像における合焦物体の高さ情報を同時に表示することを特徴とする請求項6に記載の焦点調節方法。
- 基板が載置されるワークテーブルと、
オートフォーカス機能を有しない撮像装置と、
ワークテーブルと撮像装置とを相対移動させるXYZ駆動装置と、
撮像装置が撮像した画像を記憶する記憶装置と、
画像表示領域を表示する表示装置と、
画像表示領域内の任意の位置を指定可能とする入力装置と、
記憶装置に記憶した複数枚の撮像画像に画像処理を実施し、各撮像画像のコントラストに基づき合焦画像を判定する合焦判定装置と、
撮像装置およびXYZ駆動装置の動作を制御する制御装置とを備える作業装置であって、
制御装置が、撮像装置により基板の部分を撮像した部分撮像画像を取得し、表示装置の画像表示領域に表示させ、かつ、表示装置の画像表示領域に複数の分割領域を表示させ、
入力装置を介してユーザが選択した一つの分割領域に対して、合焦判定装置により合焦画像判定をさせ、
合焦画像と判定された撮像画像を表示装置の画像表示領域に表示させることを特徴とする作業装置。 - さらに、ノズルを有する吐出装置と、吐出装置およびXYZ駆動装置を連結する取付部材とを備えることを特徴とする請求項8に記載の作業装置。
- 前記表示装置が、タッチパネルを有する表示装置であり、
前記入力装置が、タッチパネルに表示されたボタンにより構成されることを特徴とする請求項8または9に記載の作業装置。
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