KR100303130B1

KR100303130B1 - 인쇄회로기판영상처리를이용한자동교시장치및방법

Info

Publication number: KR100303130B1
Application number: KR1019980034381A
Authority: KR
Inventors: 김완수
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 1998-08-25
Filing date: 1998-08-25
Publication date: 2001-11-30
Also published as: KR20000014797A

Abstract

본 발명은 비젼카메라에 의해 검사대상부품에 대한 영상을 취득하여 검사를 수행하는 인쇄회로기판(이하, PCB 라 함) 납땜검사기에 있어서, PCB 설계용 캐드(CAD)의 출력파일을 변환하여 추출한 검사할 부품의 위치 및 각도 데이터를 이용하지 않고, 직접 카메라에 의해 촬영된 PCB 영상신호에 대한 화상처리를 토대로 검사부품에 대해 추출한 검사정보(검사부품의 위치 및 각도, 크기, 모양 데이터)를 검사로봇의 제어기에 입력함으로써 검사위치로 자동 이동시키는 자동교시장치 및 방법에 관한 것이다.

Description

인쇄회로기판 영상처리를 이용한 자동교시장치 및 방법

본 발명은 비젼카메라에 의해 검사대상부품에 대한 영상을 취득하여 검사를 수행하는 인쇄회로기판(이하, PCB라 함) 납땜검사기에 있어서, PCB 설계용 캐드(CAD)의 출력파일을 변환하여 추출한 검사대상부품의 위치 및 각도 데이터를 이용하지 않고, 직접 카메라에 의해 촬영된 PCB 영상신호에 대한 화상처리를 토대로 검사부품에 대해 추출한 검사정보(검사부품의 위치 및 각도, 크기, 모양 데이터)를 검사로봇의 제어기에 입력함으로써 검사위치로 자동 이동시키는 PCB 영상처리를 이용한 자동교시장치 및 방법에 관한 것이다.

본 발명은 카메라를 장착한 PCB 상의 실장부품의 장착 및 납땜검사기 등에 사용 가능하다.

구체적인 종래의 기술은 도 1 에 도시되어 있다.

PCB 캐드의 변환을 이용하는 종래의 시스템은, PCB 설계를 위한 각종 캐드로 부터 출력된 파일(1), 이 파일(1)로 부터 검사부품의 교시정보를 추출할 변환 소프트웨어(2), 이를 이용하여 검사부품에 대해 추출한 검사정보(검사부품의 위치, 각도, 크기 및 모양 데이터)(3), 교시위치로 검사대상 PCB(6)를 이동시킬 로봇몸체(5)와 이 로봇몸체(5)의 이동을 제어하는 로봇제어기(4), PCB(6)상의 검사대상 부품의 검사영역 모양을 촬영할 카메라(7), 이 카메라(7)에 의해 촬영된 영상신호를 디지털신호롤 변환하여 컴퓨터(9)의 메모리에 저장하는 프레임 그래버(8)로 구성되어 있다.

이와같이 구성된 종래 시스템은 먼저, 각종 PCB 캐드 파일(1)로 부터 필요한 부품의 위치 및 각도정보(3)를 변환소프트웨어(2)을 이용하여 추출한 후, 이 데이터를 로봇 제어기(4)의 메모리에 순차적으로 저장한다.

이때, 검사위치로 이동하라는 명령이 컴퓨터(9)로 부터 로봇 제어기(4)에 송출되면, 이 로봇 제어기(4)는 로봇몸체(5)를 이동시키되 그 위에 취부된 PCB(6)상의 특정부품의 검사영역을 카메라(7)로 촬영할 수 있도록 지정된 위치로 이동시킨다.

그 후, 로봇몸체(5)의 지정된 위치로의 이동완료신호가 로봇 제어기(4)로 부터 컴퓨터(9)에 송출되면, 컴퓨터(9)는 카메라(7)에 의해 촬영된 영상신호를 컴퓨터 메모리에 저장하도록 프레임 그래버(8)에 명령한다.

카메라(7)로 부터 프레임 그래버(8)에 송출되는 영상신호가 컴퓨터(9) 메모리에 저장완료되면, 컴퓨터(9)는 검사 알고리즘을 이용하여 저장된 영상신호를 분석한다. 즉, 검사대상 부품에 대해서 여러 가지 검사항목을 검사하여 양호 혹은 불량판정을 내리는 것이다.

상기 판정된 결과는 컴퓨터(9) 모니터로 출력하여 사용자가 확인할 수 있도록 하고, 재차 최초의 동작으로 복귀하여 다음 검사부품에 대해서 동일한 과정을 통하여 반복검사를 수행한다.

그러나, 이와같은 종래의 검사시스템은 검사부품에 대해 위치, 각도, 크기 및 모양데이터 등의 검사정보를 추출하기 위하여 PCB 설계용 캐드의 변화에 대응할 수 있도록 변환 프로그램을 생성하여 주어야 할 뿐만 아니라, PCB 의 제작 공차로 인하여 캐드에서 추출된 데이터와 실제 PCB 상의 부품의 위치와는 다르게 되는 현상이 발생하므로 이에대한 보정이 필요하였다.

따라서, 캐드의 변경 뿐만 아니라, PCB 의 수정이나 PCB 모델 변경시에 그 변화된 부분에 대하여 캐드변환을 오프라인으로 해야 하므로 그 적응성이 낮은 단점이 있었다.

따라서, 본 발명은 이와같은 종래의 문제점을 개선하기 위하여 이루어진 것으로서, PCB 설계용 캐드(CAD)의 출력파일을 변환하여 추출한 검사대상부품의 위치 및 각도 데이터를 이용하지 않고, 직접 카메라로 촬영하여 얻은 PCB 영상데이터를 화상 처리하고, 검사부품에 대해 추출한 검사정보를 로봇제어기에 입력하여 검사위치로 자동으로 이동시키는 자동교시장치 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 인쇄회로기판의 영상처리를 이용한 자동교시장치는, 인쇄회로기판의 영상을 얻거나 혹은 검사부품의 검사대상 영역의 영상을 얻는데 사용하는 카메라; 이 카메라에 의해 촬영된 영상을 디지탈신호로 변환하는 프레임 그래버; 이 프레임 그래버에 의해 변환된 디지털신호에 대한 화상처리 알고리즘을 수행하는 컴퓨터; 이 컴퓨터내에 구현된 화상처리 알고리즘을 이용하여 검사부품에 대해 추출한 검사정보 및 이 데이터가 지정하는 위치와 각도로 검사대상 인쇄회로기판을이동시키기 위한 로봇몸체; 및 이 로봇몸체의 이동을 제어하는 로봇 제어기로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 카메라에 의한 인쇄회로기판의 촬영이 용이하게 이루어지도록 일정조도의 조명을 발생하는 조명장치가 구성된다.

또한, 본 발명의 인쇄회로기판 영상처리를 위한 자동교시방법은, 인쇄회로기판에 전자부품을 장착하여 납땜한 후 로봇몸체에 부착하는 제 1 단계; 카메라에 의해 상기 인쇄회로기판을 촬영하는 제 2 단계; 화상처리 알고리즘을 이용하여 부품에 대한 영상을 얻고 부품의 형상정보를 획득하는 제 3 단계; 검사대상부품의 교시데이타를 얻어서 컴퓨터에 저장하는 제 4 단계; 로봇몸체를 검사위치로 이동시키는 제 5 단계; 카메라에 의해 검사대상을 촬영하여 얻은 영상신호를 디지털신호로 변환하고 컴퓨터에 저장하는 제 6 단계; 및 검사알고리즘을 이용하여 상기 컴퓨터에 저장된 영상을 검사하는 제 7 단계로 구성된 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 단계와 제 2 단계 사이에는, 카메라의 가시영역내에 인쇄회로기판 전체가 포함되는지를 판단하는 단계; 및 이 판단결과, 가시영역내에 포함되지 않으면 인쇄회로기판을 부분적으로 촬영한 후 전체영상을 생성하는 단계가 추가 구성된 것을 특징으로 한다.

도 1 은 종래의 인쇄회로기판 검사장치의 구성도이다.

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄회로기판 검사장치의 구성도이다.

도 3 은 본 발명이 적용되는 인쇄회로기판의 예시도이다.

도 4 는 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 영상처리를 이용한 자동교시방법의 동작순서를 도시한 플로우챠트이다.

* 도면의 간단한 부호의 설명 *

1 ------ 인쇄회로기판 2 ------ 화상처리 알고리즘

3 ------ 검사항목 4 ------ 로봇 제어기

5 ------ 로봇몸체 6 ------ 검사대상 인쇄회로기판

7 ------ 카메라 8 ------ 프레임 그래버

9 ------ 컴퓨터 13 ----- 조명장치

도 2 는 본 발명의 일실시예에 따른 인쇄회로기판 검사장치의 구성도이고,도 3 은 본 발명이 적용되는 인쇄회로기판의 예시도이며, 도 4 는 본 발명에 따른 인쇄회로기판의 영상처리를 이용한 자동교시방법의 동작순서를 도시한 플로우챠트이다.

도 2 에 도시한 바와같이, 본 발명의 일실시예에 따른 PCB 영상처리를 이용한 자동교시방법은, 실제 영상처리를 이용하여 교시에 필요한 부품에 대해 추출한 검사정보(검사부품의 위치, 각도, 크기 및 모양데이터)를 얻는 것이다.

이 검사장치는 PCB 의 영상을 얻거나 혹은 검사부품의 검사대상 영역의 영상을 얻는데 사용하는 카메라(7), 이 카메라(7)에 의해 촬영된 영상을 디지탈신호로 변환하여 컴퓨터(9)의 메모리에 저장하는 기능을 수행하는 프레임 그래버(8), 화상처리 알고리즘(2)을 수행하는 컴퓨터(9), 이 컴퓨터(9)내에 구현된 화상처리 알고리즘(2)을 이용하여 검사부품에 대해 추출한 검사정보(3) 및 이 데이터가 지정하는 위치와 각도로 검사대상 PCB(6)를 이동시키기 위한 로봇몸체(5) 및 이 로봇몸체(5)의 이동을 제어하는 로봇 제어기(4)로 구성되어 있다.

또한, 상기 로봇몸체(5)에 의해 이동되는 검사대상 PCB(6)를 카메라(7)에 의해 용이하게 촬영하기 위하여 일정조도를 갖는 조명장치(13)가 카메라(7) 부근에 구성되어 있다.

이와같이 구성된 본 발명은, 먼저 PCB(6)에 소형 전자부품을 장착한 후 납땜을 완료하고(스텝 S1), PCB 를 수직조명(13)에 의해 일정조도로 비추면서 카메라(7)에 의해 그 모양을 촬영한다. 이때, 카메라(7)의 가시영역내에 전체 PCB가 포함되는 경우(스텝 S2 의 YES 일 경우)에는 그대로 스텝 S3 으로 진행하여 전체 PCB 를 촬영한 후 스텝 S4로 진행한다. 반면에, 전체 PCB(6) 의 크기보다 작을 경우(스텝 S2의 NO 일 경우), 즉 카메라(7)의 가시영역내에 PCB(6) 전체가 포함되지 않을 경우에는 전체 PCB(6)를 부분적으로 나누어서 촬영한 후(스텝 S21), 이 조각영상을 모아서 전체 PCB의 영상을 생성한 다음 스텝 S4로 진행한다.

스텝 S4 에서는 전체의 PCB 영상(1)에 대해서 경계선 추출과 이진화처리 그리고 세선화처리 알고리즘 등의 일반적인 화상처리 알고리즘(2)을 이용하여 부품에 대한 영상을 얻은 다음, 스텝 S5 에서는 이 영상으로 부터 부품의 형상정보를 부품의 기하학적인 특징정보를 이용하여 찾아낸다.

이후, 찾아진 부품에 대해서 부품의 중심위치 및 각도, 크기와 모양 등의 검사정보를 추출하여 검사대상 부품의 교시데이터(3)를 얻는다(스텝 S6). 이 교시데이터(3)는 로봇 제어기(4)에 입력시켜 기억장소에 저장한다(스텝S7). 이후 스텝 S8로 진행한다.

스텝 S8 에서는 컴퓨터(9)로 부터 검사할 위치로의 이동명령이 송출되었는지의 여부를 판단하며, 이동명령이 송출되지 않았으면(NO 일 경우) 대기하고, 이동명령이 송출되었으면(YES 일 경우) 로봇 제어기(4)는 순차적으로 그 위치로 로봇몸체(5)를 이동시킨다(스텝 S9).

이때, 로봇몸체(5)에 부착된 PCB(6)가 실제로 카메라(7)의 가시영역으로 진입하도록 로봇몸체(5)의 기구적 위치와 PCB(6) 의 기준위치 사이의 상대적인 관계를 고려하여 이동시킨다. 즉, 실제 카메라(7)의 가시영역내 지정된 위치로 PCB(6)를 이동시키는 것이다.

이후, 스텝 S10 에서 로봇몸체(5)의 이동이 완료되었는가를 판단하여, 완료되지 않았으면(NO 일 경우), 스텝 S9로 복귀하여 계속 로봇몸체(5)를 이동시키는 동작을 수행한다. 반면에, 로봇몸체(5)의 이동이 완료되었으면(YES일 경우) 스텝 S11로 진행하여 로봇 제어기(4)가 컴퓨터(9)에 이동완료신호를 송출함으로써, 컴퓨터(9)가 프레임 그래버(8)에 검사대상에 대한 촬영명령을 송출토록 한다.

이후, 프레임 그래버(8)는 검사대상부품상의 특정 검사영역에 대한 영상신호를 디지털신호로 변환하여 컴퓨터(9)의 메모리에 저장하게 된다(스텝 S12). 이 저장된 영상에 대해서 검사알고리즘을 사용하여 검사를 수행하고, 검사대상물의 양호 혹은 불량을 판정하게 된다(스텝 S13). 그리고, 이러한 과정을 PCB 상의 모든 검사대상 부품에 대해서 반복하면서 진행하여 PCB 상의 부품의 납땜검사 상태를 검사하게 된다.

본 발명의 다른 실시예로는 PCB 의 납땜검사장치에서의 교시뿐만 아니라, 비젼카메라를 부착하고 PCB를 대상으로 하는 전자부품 실장기와 PCB 크림 솔더 검사기, 장착 검사기등에도 동일한 시스템 구성으로 적용이 가능하다. 그러나, 검사대상물(장착 검사기는 장착된 전자부품의 위치 및 각도, 크림 솔더 검사기와 실장기는 부품이 놓일 PCB 패턴)이 달라지므로 이에 적합한 화상처리 프로그램의 변경이 필요하다. 그런데, 이 프로그램은 종래에 많은 사람들에 의해서 연구개발되어 문헌과 상용 소프트웨어로 이미 공개된 수많은 알고리즘(화상의 노이즈 처리, 예비 및 이진화처리 그리고 패턴 매칭과 중심위치와 각도를 추출)을 이용하여 작성할 수 있으므로 문제가 되지 않는다.

상술한 바와같이 본 발명에 따르면, 직접 카메라로 촬영하여 얻은 PCB 영상신호에 대하여 화상처리를 행하여 검사부품에 대해 추출한 검사정보(검사부품의 위치, 각도, 크기 및 모양데이터)를 직접 추출한다. 따라서, PCB 설계데이터가 아닌 최종 산물에 대해서 직접 원하는 데이터를 추출하므로 제작공차등이 교시데이터에 반영되어 있어 이의 보정이 필요하지 않다.

뿐만 아니라, PCB 의 수정이나 혹은 PCB 모델 변경 등에 대해서도 온-라인으로 수정이 가능하기 때문에 효율적이며, 데이터의 추출이 화상처리에 의하여 자동으로 이루어지기 때문에 사용자의 부담을 최소화할 수 있으므로 현장에서 바로 사용이 가능하다는 잇점이 있다.

Claims

인쇄회로기판의 영상을 얻거나 혹은 검사부품의 검사대상 영역의 영상을 얻는데 사용하는 카메라;

카메라에 의해 촬영된 영상을 디지탈신호로 변환하는 프레임 그래버;

프레임 그래버에 의해 변환된 디지털신호에 대한 화상처리 알고리즘을 수행하는 컴퓨터;

컴퓨터내에 구현된 화상처리 알고리즘을 이용하여 검사부품에 대해 추출한 검사정보 및 이 데이터가 지정하는 위치와 각도로 검사대상 인쇄회로기판을이동시키기 위한 로봇몸체; 및

로봇몸체의 이동을 제어하는 로봇 제어기로 구성된 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 영상처리를 이용한 자동교시장치.
제 1 항에 있어서, 상기 프레임 그래버에 의해 변환된 디지털신호는 컴퓨터내의 기억장소에 저장되는 것을 특징으로 하는 자동교시장치.
인쇄회로기판의 영상을 얻거나 혹은 검사부품의 검사대상 영역의 영상을 얻는데 사용하는 카메라;

상기 카메라에 의한 인쇄회로기판의 촬영이 용이하게 이루어지도록 일정조도의 조명을 발생하는 조명장치;

카메라에 의해 촬영된 영상을 디지탈신호로 변환하는 프레임 그래버;

프레임 그래버에 의해 변환된 디지털신호에 대한 화상처리 알고리즘을 수행하는 컴퓨터;

컴퓨터내에 구현된 화상처리 알고리즘을 이용하여 검사부품에 대해 추출한 검사정보 및 이 데이터가 지정하는 위치와 각도로 검사대상 인쇄회로기판을이동시키기 위한 로봇몸체; 및

로봇몸체의 이동을 제어하는 로봇 제어기로 구성된 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 영상처리를 이용한 자동교시장치.
인쇄회로기판에 전자부품을 장착하여 납땜한 후 로봇몸체에 부착하는 제 1 단계;

카메라에 의해 상기 인쇄회로기판을 촬영하는 제 2 단계;

상기 촬영한 영상데이터를 화상처리 알고리즘을 이용하여 검사부품에 대한 영상정보를 획득하는 제 3 단계;

상기 획득한 검사대상부품의 형상정보로부터 교시데이타를 얻어서 컴퓨터에 저장하는 제 4 단계;

상기 컴퓨터에 저장한 교시데이터를 이용하여 로봇몸체를 검사위치로 이동시키는 제 5 단계;

상기 카메라에 의해 검사대상을 촬영하여 얻은 영상신호를 디지털신호로 변환하고 컴퓨터에 저장하는 제 6 단계; 및

상기 화상알고리즘을 이용하여 상기 컴퓨터에 저장된 영상을 검사하는 제 7 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 인쇄회로기판의 영상처리를 이용한 자동교시방법.
제 4 항에 있어서, 상기 제 1 단계와 제 2 단계 사이에는,

카메라의 가시영역내에 인쇄회로기판 전체가 포함되는지를 판단하는 단계; 및

이 판단결과, 가시영역내에 포함되지 않으면 인쇄회로기판을 부분적으로 촬영한 후 전체영상을 생성하는 단계가 추가 구성된 것을 특징으로 하는 자동교시방법.