KR100247998B1 - 머신비젼시스템에서의기판위치정렬방법 - Google Patents

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KR100247998B1 KR1019970049753A KR19970049753A KR100247998B1 KR 100247998 B1 KR100247998 B1 KR 100247998B1 KR 1019970049753 A KR1019970049753 A KR 1019970049753A KR 19970049753 A KR19970049753 A KR 19970049753A KR 100247998 B1 KR100247998 B1 KR 100247998B1
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Abstract

본 발명에 따른 기판 위치 정렬 방법은, 머신 비젼 시스템에 의하여 상판 아래의 소정 위치에 하판을 정렬시키는 방법이다. 이 방법은 형성 단계, 표시 단계, 촬상 단계 및 정렬 단계를 포함한다. 형성 단계에서는 상판의 소정 위치에 제1 및 제2 구멍이 형성된다. 표시 단계에서는 하판의 소정 위치에 각 구멍과 대응되는 제1 및 제2 기준 마크가 표시된다. 촬상 단계에서는 하판이 상판 아래로 단계적으로 이동되면서 상판이 촬상된다. 정렬 단계에서는, 상판의 촬상에 의하여 얻어진 영상에서 그 밝기가 변하는 영역의 픽셀 좌표들로부터 각 구멍 및 각 기준 마크의 중심 좌표들이 구해지고, 각 기준 마크의 중심 좌표가 대응되는 각 구멍의 중심 좌표에 근접되도록 하판이 정렬된다.

Description

머신 비젼 시스템에서의 기판 위치 정렬 방법
본 발명은 머신 비젼 시스템에서의 기판 위치 정렬 방법에 관한 것이다.
머신 비젼 시스템은, 각종 자동화 공정을 수행하기 위하여, 작업 대상을 촬상하여 그 영상 데이터를 처리하는 시스템을 말한다. 이와 같은 머신 비젼 시스템을 이용하는 공정들 중 하나는 상판과 하판의 위치를 정렬시키는 공정이다.
상판과 하판의 위치를 정렬시키기 위한 종래의 방법들로서 다음의 두 가지를 들 수 있다. 첫번째, 상판 및 하판에 각각 한 쌍의 기준 마크들을 표시하여 정렬하는 방법이다. 그리고 두 번째, 상판 및 하판에 각각 두 쌍 이상의 기준 마크를 표시하여 정렬하는 방법이다. 이 두 번째의 방법은 미국 특허 제 4,755,053호에 잘 설명되어 있다.
도 1을 참조하여 상기 두 번째의 방법을 간단히 설명하면 다음과 같다. 먼저 상판(10)의 소정 위치에 4 개의 구멍들(12a, 12b, 18a, 18b)을 뚫고, 2 개의 구멍들(12a, 12b)에 대응되도록 하판(14)에 기준 마크들을 표시한다. 다음에 상기 하판(14)의 기준 마크들이 구멍들(12a, 12b)을 통하여 나타나도록 하판(14)을 이동시킨다. 이때 다른 구멍들(18a, 18b)과의 상대 위치가 파악되므로 정렬의 정밀도가 높아진다.
상기 첫번째의 방법은 한 쌍의 기준 마크들을 이용하므로 정렬의 정밀도가 상대적으로 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 상기 두 번째의 방법은 두 쌍의 기준 마크들을 이용하므로 기준 마크들이 차지하는 면적이 커지는 문제점이 있다. 즉, 상판 및 하판의 활용 면적이 적어지는 문제점이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 목적은, 한 쌍의 기준 마크들을 이용하여도 정렬의 정밀도를 높일 수 있는 머신 비젼 시스템에서의 기판 위치 정렬 방법을 제공하는 것이다.
도 1은 종래의 기판 위치 정렬 방법을 설명하기 위한 기판들의 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 기판 위치 정렬 방법을 설명하기 위한 기판들의 평면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 머신 비젼 시스템에서의 위치 정렬 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 4는 임의의 형상의 주사 위치에 대한 밝기의 그래프이다.
도 5는 도 4의 함수를 주사 위치에 대하여 미분한 특성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
20...상판, 21...하판,
20a...구멍, 21a...기준 마크.
상기 목적을 이루기 위한 본 발명의 정렬 방법은, 머신 비젼 시스템에 의하여 상판 아래의 소정 위치에 하판을 정렬시키는 방법이다. 이 방법은 형성 단계, 표시 단계, 촬상 단계 및 정렬 단계를 포함한다. 상기 형성 단계에서는 상기 상판의 소정 위치에 제1 및 제2 구멍이 형성된다. 상기 표시 단계에서는 상기 하판의 소정 위치에 상기 각 구멍과 대응되는 제1 및 제2 기준 마크가 표시된다. 상기 촬상 단계에서는 상기 하판이 상기 상판 아래로 단계적으로 이동되면서 상기 상판이 촬상된다. 상기 정렬 단계에서는, 상기 상판의 촬상에 의하여 얻어진 영상에서 그 밝기가 변하는 영역의 픽셀 좌표들로부터 상기 각 구멍 및 각 기준 마크의 중심 좌표들이 구해지고, 상기 각 기준 마크의 중심 좌표가 대응되는 상기 각 구멍의 중심 좌표에 근접되도록 상기 하판이 정렬된다.
이에 따라, 상기 각 기준 마크의 중심 좌표가 대응되는 상기 각 구멍의 중심 좌표에 근접되도록 정렬되므로, 한 쌍의 기준 마크들만이 이용되어도 정렬의 정밀도가 높아질 수 있다.
바람직하게는, 상기 구멍 또는 기준 마크의 중심의 x 좌표 Xc 및 y 좌표 Yc는, Xc =
Figure pat00001
, Yc =
Figure pat00002
의 식들에 의하여 계산된다. 여기서, i는 상기 구멍 또는 기준 마크의 경계 픽셀들의 일련 번호, N은 상기 구멍 또는 기준 마크의 경계 픽셀 수,
Figure pat00003
는 i번째 경계 픽셀의 x 좌표, 그리고
Figure pat00004
는 i번째 경계 픽셀의 y 좌표를 나타낸다.
또한, 상기 구멍 또는 기준 마크의 각 경계 픽셀의 위치는, 상기 상판의 촬상에 의하여 얻어진 영상에서 그 밝기가 변하는 영역의 밝기 변화율의 무게 중심으로서 찾아진다. 예를 들어, 상기 구멍 또는 기준 마크의 각 경계 픽셀의 x 좌표
Figure pat00005
및 y 좌표
Figure pat00006
은,
Figure pat00007
=
Figure pat00008
,
Figure pat00009
=
Figure pat00010
의 식들에 의하여 결정된다. 여기서, j는 x축 경계 픽셀의 번호, m은 y축 경계 픽셀의 번호, k는 상수,
Figure pat00011
는 x축상에서 (k-1)번째 픽셀의 휘도와 k번째 픽셀의 휘도의 차이, 그리고
Figure pat00012
는 y축상에서 (k-1)번째 픽셀의 휘도와 k번째 픽셀의 휘도의 차이를 나타낸다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예가 상세히 설명된다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 상판(20)은 그 중앙에 구멍(20a)이 형성되어 있고, 하판(21)은 그 중앙에 기준 마크(21a)가 표시되어 있다. 이 기준 마크(21a)는 구멍(20a)보다 작은 크기이므로, 기준 마크(21a)의 중심 좌표가 구멍(20a)의 중심 좌표와 일치하거나 근접되게 함으로써, 정밀한 위치 정렬을 수행할 수 있다.
도 3을 참조하여, 본 실시예에 따른 기판 위치 정렬 방법을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 하판(도 2의 21)이 고정된 상판(도 2의 20) 아래로 단계적으로 이동되면서 상판(20)이 촬상된다. 여기서, 상판(20)의 촬상에 의하여 얻어진 영상에서 그 밝기가 변하는 영역의 픽셀 좌표들로부터 상판(20)의 구멍(도 2의 20a)에 대한 경계 픽셀들의 좌표를 구한다(단계 31). 또한, 이 경계 픽셀들의 좌표를 이용하여, 상판(20)의 구멍(20a)에 대한 중심 좌표를 구한다(단계 32). 다음에, 하판(21)을 이동시켜, 그 기준 마크(도 2의 21a)를 목표 지점 즉, 상기 구멍(20a)의 중심 좌표로 이동시킨다(단계 33). 여기서, 하판(21)의 기준 마크(21a)의 중심 좌표는 상기 단계 31 및 32와 같은 방법에 의하여 구해진다. 즉, 상판(20)의 구멍(20a) 안에 나타나는 하판(21)의 기준 마크(21a)의 영상에서 그 밝기가 변하는 영역의 픽셀 좌표들로부터 하판(21)의 기준 마크(21a)에 대한 경계 픽셀들의 좌표가 구해지고, 이 경계 픽셀들의 좌표를 이용하여 그 중심 좌표가 구해진다. 다음에, 기준 마크(21a)의 중심 좌표와 상판 구멍(20a)의 중심 좌표의 차이가 소정의 허용 범위보다 크면(단계 34), 목표 위치를 보정하여(단계 35) 상기 단계 33을 반복 수행한다.
도 4를 참조하면, 임의의 형상을 순차적으로 주사하면 그 경계 영역(a_b 구간, c_d 구간)에서 밝기의 큰 변화가 일어남을 알 수 있다. 이를 이용하여 형상의 경계 지점을 정밀하게 찾을 수 있다. 도 5를 참조하면, 상판(도 2의 20)의 촬상에 의하여 얻어진 영상에서 그 밝기가 변하는 영역의 밝기 변화율 즉, 밝기 미분량의 무게 중심인 주사 위치가 경계 위치가 된다.
이에 따라, 상판(20)의 구멍(도 2의 20a)의 각 경계 픽셀의 x 좌표
Figure pat00013
및 y 좌표
Figure pat00014
은 아래의 수학식 1에 의하여 결정된다.
Figure pat00015
=
Figure pat00016
,
Figure pat00017
=
Figure pat00018
여기서, j는 x축 경계 픽셀의 번호, m은 y축 경계 픽셀의 번호, k는 상수,
Figure pat00019
는 x축상에서 (k-1)번째 픽셀의 휘도와 k번째 픽셀의 휘도의 차이, 그리고
Figure pat00020
는 y축상에서 (k-1)번째 픽셀의 휘도와 k번째 픽셀의 휘도의 차이를 나타낸다.
또한, 하판(도 2의 21)의 기준 마크(도 2의 21a)의 각 경계 픽셀의 x 좌표
Figure pat00021
및 y 좌표
Figure pat00022
도 상기 수학식 1에 의하여 결정된다.
대부분의 경우, 가장 높은 밝기 변화율(도 5의 P0,-P2)에 해당되는 지점이 그 무게 중심에 해당된다.
상판(20)의 구멍(20a)의 중심의 x 좌표 Xc 및 y 좌표 Yc는 아래의 수학식 2에 의하여 계산된다.
Figure pat00023
, Yc =
Figure pat00024
여기서, i는 구멍(20a)의 경계 픽셀들의 일련 번호, N은 구멍(20a)의 경계 픽셀 수,
Figure pat00025
는 i번째 경계 픽셀의 x 좌표, 그리고
Figure pat00026
는 i번째 경계 픽셀의 y 좌표를 가리킨다.
또한, 하판(21)의 기준 마크(21a)의 중심의 x 좌표 Xc 및 y 좌표 Yc도 아래의 수학식 3에 의하여 계산된다.
Figure pat00027
, Yc =
Figure pat00028
여기서, i는 기준 마크(21a)의 경계 픽셀들의 일련 번호, N은 기준 마크(21a)의 경계 픽셀 수,
Figure pat00029
는 i번째 경계 픽셀의 x 좌표, 그리고
Figure pat00030
는 i번째 경계 픽셀의 y 좌표를 나타낸다.
따라서, 위의 수학식들을 이용하여, 구멍(20a) 및 기준 마크(21a)의 중심 좌표들을 정밀하게 파악할 수 있으므로, 한 쌍의 기준 마크(21a)들만을 이용하여도 정렬의 정밀도를 높일 수 있다.
이상 설명된 바와 같이, 본 발명에 따른 머신 비젼 시스템에서의 기판 위치 정렬 방법에 의하면, 위치 정렬의 정밀도를 높이고 기판의 활용 면적을 넓힐 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 당업자의 수준에서 그 변형 및 개량이 가능하다.

Claims (4)

  1. 머신 비젼 시스템에 의하여 상판 아래의 소정 위치에 하판을 정렬시키는 방법에 있어서.
    상기 상판의 소정 위치에 제1 및 제2 구멍을 형성하는 단계;
    상기 하판의 소정 위치에 상기 각 구멍과 대응되는 제1 및 제2 기준 마크를 표시하는 단계;
    상기 하판을 상기 상판 아래로 단계적으로 이동시키면서 상기 상판을 촬상하는 단계; 및
    상기 상판의 촬상에 의하여 얻어진 영상에서 그 밝기가 변하는 영역의 픽셀 좌표들로부터 상기 각 구멍 및 각 기준 마크의 중심 좌표들을 구하고, 상기 각 기준 마크의 중심 좌표가 대응되는 상기 각 구멍의 중심 좌표에 근접되도록 상기 하판을 정렬시키는 단계를 포함한 정렬 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구멍 또는 기준 마크의 중심의 x 좌표 Xc 및 y 좌표 Yc는,
    Xc =
    Figure pat00031
    , Yc =
    Figure pat00032
    의 식들에 의하여 계산되는 정렬 방법.
    여기서, i는 상기 구멍 또는 기준 마크의 경계 픽셀들의 일련 번호, N은 상기 구멍 또는 기준 마크의 경계 픽셀 수,
    Figure pat00033
    는 i번째 경계 픽셀의 x 좌표,
    Figure pat00034
    는 i번째 경계 픽셀의 y 좌표.
  3. 제2항에 있어서, 상기 구멍 또는 기준 마크의 각 경계 픽셀의 위치는,
    상기 밝기가 변하는 영역의 밝기 변화율의 무게 중심으로서 찾아지는 정렬 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 구멍 또는 기준 마크의 각 경계 픽셀의 x 좌표
    Figure pat00035
    및 y 좌표
    Figure pat00036
    은,
    Figure pat00037
    =
    Figure pat00038
    ,
    Figure pat00039
    =
    Figure pat00040
    의 식들에 의하여 결정되는 정렬 방법.
    여기서, j는 x축 경계 픽셀의 번호, m은 y축 경계 픽셀의 번호, k는 상수,
    Figure pat00041
    는 x축상에서 (k-1)번째 픽셀의 휘도와 k번째 픽셀의 휘도의 차이,
    Figure pat00042
    는 y축상에서 (k-1)번째 픽셀의 휘도와 k번째 픽셀의 휘도의 차이.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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