KR100628344B1

KR100628344B1 - 전자 조립체 영상 검사 시스템

Info

Publication number: KR100628344B1
Application number: KR1020007003672A
Authority: KR
Inventors: 조셉 엘. 빌레라
Original assignee: 벡트론 인코포레이티드
Priority date: 1997-10-09
Filing date: 1998-10-08
Publication date: 2006-09-27
Also published as: EP1032912B1; EP1032912A1; CA2307031C; DE69838342D1; US6681038B2; KR20010024424A; CN1280691A; CA2307031A1; EP1032912A4; US20020186877A1; WO1999019825A1; ATE371915T1; EP1032912B8; HK1033019A1; US20040208354A1; BR9815246A; US7043070B2; US20040071335A1; DE69838342T2; JP2001520422A

Abstract

디지털 영상 이미지 분석을 이용하여 인쇄 회로 보드 조립체(6)의 품질을 자동적으로 평가하는 장치가 공개된다. 이 장치는 기존의 상대적으로 낮은 정확도로 자동화 표면 장착 기술("SMT") 제작 시스템을 조립 과정의 여러 단계에서 삽입가능한 검사 지점(56a)으로, 또는 분리된 수동 로딩 지점으로 일체화한다. 검사 지점은 고해상도 영상 이미징 시스템과 영상 이미지 분석기를 포함하며, 상기 영상 이미지 분석기는 보드 상의 마스터 컴퓨터(26a)로 구성되고, 상기 마스터 컴퓨터(26a)는 이동가능한 캐리지(22a)에 스크린(45) 내에 장착된 카메라를 재위치시키거나 회로 보드를 재위치시키는 제어 신호를 발생시킨다. 상기 제어 신호는 광 조절 역할도 수행한다. 그리고 상기 검사 지점은 개별 보드 상태 데이터를 발생시킨다. 이 개별 보드 상태 데이터는 보관되고, 모니터(40a, 41a) 상에 그래픽 방식으로 디스플레이되며, 또는 재처리 지점에 의해 사용된다.

Description

전자 조립체 영상 검사 시스템{ELECTRONIC ASSEMBLY VIDEO INSPECTION SYSTEM}

본 발명은 전자 부품의 품질 보증에 대한 자동화 장치 메카니즘에 관한 것으로서, 특히 부품이 적절하게 조립되었는 지를 검사하는 데 사용되는 장치에 관한 것이다.

전자 부품 단위체와 조립체의 소형화 증가 추세와 비용 절감에 대한 시장 압력은 정확하고 자동화된 다단계 작업을 필요로 하는 장치를 요구한다. 대부분의 장치는 표면 장착 기술("SMT")을 이용하여 조립된다. 여기서, 수백 가지의 개별 부품이 한 개 이상의 인쇄 회로 보드 상에 "조립 라인" 방식으로 정확하게 위치하고 결합된다.

인쇄 회로 보드는 조립 과정에서 각각의 단계를 실행하는 일련의 지점들을 통해 컨베이어를 따라 이동한다. 일반적으로, 빈 회로 보드는 접합 페이스트 운송 시스템에 들어간다. 이때 상기 접합 페이스트 운송 시스템은 접합 연결을 필요로 하는 보드 부분에 굳기 전의 접합 페이스트를 위치시킨다. 그 후, 보드는 한 개 이상의 칩 슈터 지점에 들어가고, 여기서 보드 상에 부품을 위치시킨다. 그 후, 보드는 접합 페이스트를 굳히는 오븐을 통과한다. 냉각 후, 보드는 포장 및 선적 이전 에 검사 및 다른 최종 단계를 수행하게 된다.

각각의 단계마다, 보드에 결함을 일으킬 수 있는 오류가 발생할 수 있다. 인쇄 회로 보드 장치의 잠재적 결함으로서는 다음과 같은 것이 있다:

a) 트레이스 상의 단락이나 단선과 같은 회로 보드 결함;

b) 부품이 없거나 잘못 위치하는 등의 위치 설정 결함;

c) 접합 중 접착 수축에 의해 유발되는 부품의 묘비화(tomb-stoning)나 리드 상의 접합 브리지를 생성할 수 있는 위치 및 크기의 접합 결함; 그리고

d) 기계적인 오조작에 의해 유발되는 손상과 같은 다른 결함; 등을 예로 들 수 있다.

방금 조립된 인쇄 회로 보드 상에 결함이 존재하는 지를 검사하기 위한 기존 공정 및 장치는 여러 단점으로 인해 문제점을 가지고 있다.

사람이 일일이 이 결함을 검사하는 것은 비용과 시간 측면에서 비경제적이며, 정확도도 떨어지기 쉽다. 인간에 의한 결함 검사에 이용되는 장비는 일반적으로 무겁고, 크며, 휴대용으로 부적합하다. 결함의 위치를 정확하게 지적하기 위해서, 느리고 반복적인 이유로 회로내 전자 검사의 문제점이 발생하며, 이러한 검사는 가장 일반적인 제작 오류조차 감지하지 못할 수도 있다.

이미 결함이 생긴 보드에서 작업이 진행되는 것을 최소화시키기 위해, 제작자들은 조립 과정 동안 여러 단계에서 검사를 한다. 그러나, 특정 부분의 자동화 검사 장치는 특정 형태의 보드, 특정 결함, 또는 조립체의 특정 지점에서만 검사를 실행하도록 설계되어 있다. 그러므로, 수많은 개별 검사 장치가 요구된다.

현재 자동 영상 또는 다른 전자기적 방사를 바탕으로 하는 검사 시스템은 유사한 단점을 가지고 있다. X-레이를 기반으로 하는 시스템은 오류 트레이스와 같은 금속성 결함과 표면성 결함을 살피기에 적절하다. 그러나, 고해상도 X-레이 검사는 시간 및 비용 소요가 크고, 인체에 유해하다.

다른 시스템의 경우, 램프나 LED(발광 다이오드)에 의해 생성되는 광이 한 개 이상의 영상 카메라로 검사되는 표면에서 반사된다. 타카하시의 미국 특허 제 5,059,559 호에 공개되는 바와 같이 다른 발광 조건에서 얻어지는 두 개의 이미지 사용을 어떤 경우 필요로 한다. 공정 분석용 다른 여러 디지털 및 아날로그 신호는 시각적으로 감지가능한 결함의 존재를 결정하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 단자 리드 간의 간격 이미지에 상응하는 신호의 단색 강도 비교 측정에 대해 분석이 실행된다.

이 시스템은 상대적으로 낮은 해상도를 가지고, 그래서 저속이다. 완전한 검사가 요구되는 경우, 시스템은 화상을 당겨보아(줌-인), 하나씩 보드 부분을 살핀다. 또한, 단색 강도 비교는 부정확한 경향이 있다. 왜냐하면, 인접 특징부가 유사한 강도를 가지기 때문이다. 평균적으로 표준 PCI SVGA 영상 어댑터 카드의 경우와 같이 3 ×5 인치 보드는 완전한 검사에 1분 20초 정도가 소요된다.

대부분의 기존 시스템은 보드 및 카메라 위치에 대해 약 0.001 인치 수준의 정확도를 요구한다. 보드 및 카메라는 진동에 대한 저항성을 가져야 한다. 기존의 해법은 슬레이트나 다른 무거운 물질로 이루어지는 육중한 플랫폼을 수반하고, 정밀한 진동 저항 보드 조작 및 카메라 이송 메카니즘을 수반한다. 대부분의 기존 시스템은 450 킬로그램 이상의 무게를 가진다. 이 조건은 시스템의 비용을 증가시키고, 시스템의 휴대 편의성을 저하시킨다.

그러므로, 경제적인 자동화 검사 시스템으로서, 가장 두드러진 제작 결함의 존재를 신속하게 감지할 수 있어서, i) 특정 보드가 재처리할 경우 이득이 되는 지를 자동적으로 결정하고 상기 결함을 재처리 지점에 효과적으로 알리며, ii) 조립 시스템에 나타나는 문제점들을 식별하기 위해 시간에 걸쳐 결함을 추적하며, 그리고, iii) 수동 검사를 위해 조립 라인 내나 조립 라인 외부의 여러 다른 위치로 신속하고 용이하게 이동시킬 수 있는 특징 및 효과를 가진 자동화 검사 시스템이 요망된다.

본 발명은 비용 절감과, 자동화 조립 시스템의 생산성 및 효율 개선으로부터 기인한다.

본 발명의 목적은 i) 전자 부품 조립체의 검사시 결함 감지를 개선시키는 것이고, ii) 보다 효율적인 직접 수리에 관한 것이며, iii) 자동화 조립체 메카니즘의 생산량을 개선시키기 위해 검사 보드의 품질을 시간에 따라 감시하는 것이고, iv) 수동 검사를 위해 조립 라인 상의 여러 위치와 조립 라인 외부의 여러 위치로 검사 장치를 용이하게 배치하는 것이다.

이 목적 및 다른 목적들은 저정밀도 SMT 형 분배 시스템에 설치되는 자동화, 고해상도, 디지털 이미지 검사 시스템에 의해 달성될 수 있다. 시스템은 검사되는 인쇄 회로 보드를 식별하고, 인쇄 회로 보드의 시각적으로 감지가능한 결함을 파악한다. 결함의 종류와 위치는 데이터베이스 내의 보드와 자동적으로 상관되고, 이러한 데이터베이스는 재처리/재수리 지점에 의해 접근가능하며, 조립체 제품의 히스토리와 상태를 통계학적으로 감시할 수 있게 한다.

도 1은 표면 장착 기술 조립 라인에 일체화되는 보드 검사 시스템의 공정 흐름 블록 다이어그램.

도 2는 발명에 따르는 검사 시스템의 데이터 흐름 블록 다이어그램.

도 3은 보드 조작 컨베이어를 가지는 발명의 검사 지점의 제 1 실시예의 사시도.

도 4는 수동으로 보드를 로딩하기 위한 드로어를 가지는 발명의 검사 지점의 선택적인 실시예의 사시도.

도 5는 드로어의 수동 보드 위치 설정 메카니즘의 사시도.

도 6은 장방형 벽을 고정하는 보드의 사시도.

도 7은 선 7-7을 따라 취해지는 원위치 회로 보드의 단면도.

도 8은 선 8-8을 따라 취해지는 원위치 회로 보드의 단면도.

인쇄 회로 보드가 공정 지점을 따라 조립되는 전형적인 SMT 조립 라인의 기능적 블록 다이어그램이 도 1에 도시된다. 회로 보드는 접합 페이스트 장치 지점(51)으로부터 한 개 이상의 칩 슈터 지점(52, 53)까지, 그리고 경화용 오븐(54)까지 이동한다. 보다 자주 작업을 완료시키는 지점들을 연결하기 위해, 또는 여러 다른 보드들로 그룹을 형성하기 위해, 부가적인 선입선출("FIFO") 버퍼 지점(55)이 사용될 수 있고, 또는 다른 보드 그룹의 연결에 사용될 수도 있다. 본 실시예에서, FIFO 지점(55)은 검사 지점(56)에 들어가기 전에 경화 오븐(54)을 빠져나가는 보드 그룹에 대한 냉각 지점으로 사용된다.

검사 지점(56)은 조립 과정의 지점들 중 하나 사이에 위치할 수 있고, 독립형 수동 로딩 지점으로 위치할 수도 있다. 그러나, 보드가 완전히 채워진 바로 다음의 위치가 선호되는 위치이고, 이는 결함 보드의 추가적인 공정을 방지할 수 있다.

가장 자동화된 실시예에서, 검사 지점(56) 다음에는 보드 전환 장치(57) 지점이 이어지고, 검사 지점에 의해 제공되는 결과에 따라, 상기 보드 전환 장치(57)는 결함 보드를 재처리 지점(58)으로 보내고, 양호한 보드를 다음의 SMT 공정 지점(59)으로 보낸다. 재처리 지점(58)은 검사 지점(56)에 의해 제공된 결과에 액세스한다. 부가적으로, 재처리 보드를 검사하기 위해 추가적인 검사 지점(60)이 구성될 수 있다. 수리된 보드는 경로(61)를 따라 SMT 공정에 다시 들어간다.

선호되는 검사 지점은 표면 장착 장비 제작자 협회("SMEMA")에서 규정한 지점간 통신 프로토콜과 완전히 호환가능하다. 이는 인접 지점들에 대한 보드 전송 상태의 간단한 통신을 허용한다.

도 2에서, 선호되는 보드 검사 시스템은 여러 개의 기능 유닛과 서브시스템으로 구성된다. 자동 제어는 비젼 서브시스템(72)에 의해 안내되는 바와 같이 마스터 서브시스템(71)에 의해 조작된다. 자동화 "라인 내(in-line)" 작동 중, 마스터 서브시스템은 컨베이어(5)를 포함한 보드 조작 메카니즘을 작동시키기 위해 컨베이어 컨트롤러/인터페이스(73)에 대한 명령을 데이터 통신 라인(77)을 통해 발생시킨다. 그리고 캐리지 장착 카메라(20)를 이동시키기 위해 캐리지 콘트롤러/인터페이스(75)에 대한 명령을 데이터 통신 라인(78)을 통해 발생시킨다. 별도의 데이터 라인(79)이 카메라(20)에 줌 명령을 전달한다. 마스터 서브시스템은 비젼 서브시스템(72)과 데이터 입력 및 저장 장치(82) 내외로의, 그리고 사용자 인터페이스 모니터(40)에게로의 데이터의 흐름 및 보관같은 작업들도 실행한다. 또다른 데이터 라인(91)은 재처리 지점(58)과 그 제어 모니터 내외로 재처리 데이터를 통신한다. 데이터 라인들은 RS-232나 그외 다른 공지된 디지털 데이터 통신 표준을 따르는 것이 선호된다.

발명의 선호되는 실시예에서, 카메라(20)는 인코딩된 현재 영상 이미지로 구성되는 디지털 펄스 트레인 신호(93)를 비젼 서브시스템(72)에 출력할 것이다. 또는, 비젼 서브시스템(72)에 대해 일체형으로 구성되거나 그에 대해 주변 장치로 구성되는 디지타이저에 의해 디지털 신호로 변환되는 영상 신호를 카메라(20)가 내보낼 수 있다.

비젼 서브시스템(72)은 마이크로프로세서에 의해 제어되는 디지털 신호 분석기를 포함한다. 그 주 기능은 보드 결함을 감지하기 위해 카메라(20)로부터 데이터 라인(93)을 통해 수신되는 이미지 데이터를 분석하는 것이다. 이 기능의 일부는 제어 명령을 발생시키도록 마스터 서브시스템(71)에 신호하는 것으로서, 이때, 제어 명령이란, 보드의 수용 및 방출, 카메라(20)의 위치설정을 위한 캐리지 구동, 그리고 카메라 줌 명령의 발생에 대한 제어 명령인 것이다. 비젼 서브시스템의 구성은 사용자 데이터 입력 및 저장 장치(82)를 통해 직접, 또는 마스터 서브시스템(71)을 통해 일어난다. 비젼 서브시스템(72)은 카메라로부터 수신되는 디지털 이미지를 이미지 디스플레이 모니터(41)에 보낸다. 비젼 서브시스템(72)은 검사 공간(inspection cavity)에서 발광조명(95)의 조절을 조작한다.

카메라의 해상도와 줌 성능은 검사되는 결함의 크기, 밀도, 그리고 외양에 따라 선택된다. 최소한 2000 ×2000 픽셀의 해상도를 가지는 풀 칼라 카메라가 광 강도와 파장에 의해 특징(외양)을 구분하는 것이 바람직하며, 이에 따라, 칼라 코딩 성분 상의 마킹을 식별할 수 있다. 그러나, 결함이 단색으로 구별가능하고 초고속 검사가 요구될 때, 디지털 흑백 카메라가 사용될 수 있다. 아날로그 신호 카메라도 사용될 수 있지만, 디지털 카메라가 속도 및 정확성 측면에서 선호된다.

단자 리드 간의 간격과 같이, 어떤 특징부에 대한 기대값이나 수용가능한 값들의 표를 바탕으로 하여, 스캔된 이미지를 테스팅하는 등의 당 분야에 공지된 디지털 이미지 분석 기술을 이용하여 결함이 발견된다. 테스트는 이미지의 수치적 규칙을 바탕으로 하는 분석을 포함하는 것이 선호된다. 현재 검사중인 보드에 대한 결함의 종류 및 위치가 데이터베이스 레코드에 추가된다. 감지된 결함이 보드의 재처리를 필요로할 정도로 심각한 지에 관한 관한 결정이 또한 이루어진다.

최적 모드의 비젼 서브시스템은 미국, 캘리포니아, 산 디에고 소재의 Omegatek 주식회사에 의해 개발된 OMEGATEK 2000 브랜드 디지털 이미지 분석 모델을 사용한다. 상기 모델은 고정 또는 자동 줌 렌즈와 2000 ×2000(즉, 4백만) 픽셀의 해상도를 가지는 풀 칼라 디지털 카메라를 포함한다. 이 특정 종류의 이미지 분석 모델은 200 MHz 펜티엄 브랜드 마이크로프로세서를 바탕으로 하고, 적절한 이미지 처리 알고리즘을 사용한다.

최소한 4백만 픽셀의 해상도를 가지는 카메라를 이용함으로서, 대략 12.5 미크론(0.5 밀)의 특징부까지 구별할 수 있다. OMEGATEK 2000을 이용하여, 표준 PCI SVGA 비디오 어댑터 카드같은, 평균 3인치 ×5인치의 보드의 경우 완전한 검사에 약 20 - 30 초가 소요된다. 검사 속도는 시스템에 더 빠르고 더 많은 프로세서들을 추가함으로서 향상될 수 있다.

유사한 시스템들이 0.001 인치의 카메라 캐리지의 부정확함을 견딜 수 있음에 반해, 본 발명은 0.02 인치의 부정확함을 수용할 수 있다. 추가적으로, 캐리지는 유사한 시스템과 같이 정밀하거나 고속일 필요가 없어서, 저비용의 메카니즘이 사용될 수 있다. 추가적으로, 안정화 지원 장치를 장착할 필요가 없다.

비젼 서브시스템에 고해상도를 제공한 결과로, 단일 스캔 카메라 프레임으로부터 단일 이미지를 이용하여 전형적인 검사가 실행될 수 있다. 그러나, 더 상세함이 요구될 경우, 카메라는 "줌-인"할 수 있고, 검사는 다중 이미지를 이용하여 실행될 수 있다. 카메라와 보드 간의 거리는 통상적으로 5-10 인치이며, 평균 거리 7.2 인치인 덮개 크기에 의해서만 제한된다. 부품의 일반적 높이가 0.5~0.75 인치이지만, 2인치 높이와 같은 큰 높이의 부품도 수용될 수 있어, 비젼 서브시스템의 재배치를 불필요하게 한다.

움직임과 배치에 대해 훨씬 낮은 정밀도를 수용할 수 있다는 것은 경량이고 저비용인 시스템으로 바로 연결된다. 보다 휴대성이 큰 경우, 검사 지점은 조립 라인의 다른 위치로 쉽게 이동할 수 있다. 수동 검사나 재처리 지점, 또는 오프-사이트처럼 라인 바깥으로 벗어날 수 있다.

도 3에서, 전자 조립체 영상 검사 지점(56)의 자동화된 실시예가 도시된다. 자동화 지점의 물리적인 배치는 표준 SMT 자동화 조립 공정과의 호환성에 의해 통제된다. 영상 검사 지점(56)은 내부 검사 공간(3)을 가진 하우징(2)을 포함한다. 상기 내부 검사 공간(3)의 하부 표면(4) 위에는 보드 조작 및 운송 메카니즘이 지나가며, 이 메카니즘은 검사될 회로 보드(6)를 운송하기 위한 컨베이어(5)를 포함한다.

컨베이어(5)는 측벽(8)의 구멍(7)을 통해 보드(6)를 수용하고, 카메라(20) 아래에 보드(6)를 위치시킨다. 검사 후, 보드(6)는 컨베이어(5)를 따라 반대편 측벽(10)의 다른 구멍(9)을 향해 이동하여, 상기 구멍(9)을 통해 보드(6)가 방출된다. 검사 공간은 관리를 위해 한쌍의 접근 도어(11, 12)를 통해 접근가능하다. 수동 작동 중, 개별 보드들이 이 도어를 통해, 또는 아래에 기술되는 정밀 정렬 드로어를 통해 검사용으로 로딩될 수 있다.

영상 카메라(20)는 트랙(22)을 통해 공간(3)의 천정에 부착되는 이동가능한 모터구동형 캐리지(21)에 장착된다. 캐리지(21)는 검사되는 보드(6)의 평면에 평행한 평면에서 카메라의 지향성 폭(23) 및 깊이(24) 방향 움직임을 허용한다. 이에 따라, 검사 지점(56)이 가변적 크기 및 복잡도의 보드들을 검사할 수 있다.

캐리지(21)는 한쌍의 계단형 모터와 같은 서보 모터를 통해 움직이는 것이 선호된다. 이때 상기 한쌍의 계단형 모터는 각각의 모터의 증진되는 회전 움직임을 유도하는 캐리지 컨트롤러에 의해 발생하는 펄스 신호와 함께 전력을 공급받는다. 각각의 모터는 한 쌍의 직각 방향 정밀 선형 슬라이드를 따라 캐리지를 구동한다. 제 1 슬라이드는 덮개에 장착되고, 제 2 슬라이드는 캐리지 부분에 장착된다.

검사 공간(3) 아래에는 캐비넷(25)이 위치하고, 상기 캐비넷(25) 내에는 마스터 서브시스템 컴퓨터(26)와 전자장치 격실(27)이 포함되며, 상기 전자 격실(27)에는 비젼 서브시스템의 부품들이 포함되고, 컨베이어 및 캐리지 컨트롤러와 같이 영상 검사 지점의 부품들에게 신호하는데 필요한 여러 컨트롤러 및 인터페이스가 상기 전자 격실(27) 내에 또한 포함된다. 전원 스위치(30), 컨베이어 오버라이드(31), 컨베이어 기압 제어기(32), 캐리지 오버라이드(33), 그리고 긴급 셧다운 스위치(34)같은 수동 제어기들뿐만 아니라, 여러 상태 표시기가 캐비넷의 전면 패널에 배열된다. 높이 조절 레그(35, 36)는 지점 하우징(2)의 수직 위치 및 방향을 조절할 수 있다. 레그들의 끝에 풋 패드(35a, 36a)가 달릴 수 있지만, 도 4의 수동 검사 지점 실시예에 도시되는 바와 같이 라킹 휠(35b, 36b)이 선호된다.

영상 검사 지점 하우징(2) 위에는 한쌍의 모니터 디스플레이 장치(40, 41)가 장착되어, 분석 및 제어 시스템에 대한 사용자 인터페이스 스크린과, 카메라에 의해 녹화되는 이미지를 제공한다. 전체적인 지점 상태를 표시하는 광 트리(42)가 또한 제공된다.

검사 지점(56)은 기존 SMT 분배 지점으로부터 적용되는 것이 선호된다. 상기 기존 SMT 분배 지점으로는 미국 캘리포니아, 칼스배드 소재의 Asymtek, Inc. 제품인 모델 A-618C의 컨베이어형 자동화 분배 시스템이 있다. 이러한 비교적 저정밀도의 시스템을 이용할 때, 전체 검사 지점은 250 kg 이하의 중량을 가진다. 이 분배 장치는 일체형 패키지로 앞서 기술된 주요 부품의 대부분을 제공한다. 이 분배 장치에 관한 상세한 설명은 Asymtek의 A-612/618C 시스템 작동 매뉴얼에서 알 수 있다.

일반적으로, A-618C는 하우징 및 보드 조작 메카니즘을 제공한다. 상기 보드 조작 메카니즘은 기압 구동 컨베이어와 그 컨트롤러 및 인터페이스, 캐리지와 그 컨트롤러 및 인터페이스, 그리고 필요한 SMEBA 컨트롤러 및 상호연결 장치를 포함한다. 이 분배 장치는 유체 주입 장비를 대치함으로서 사용될 수 있다. 고해상도 비젼 서브시스템이 감내할 수 있기 때문에, 기존 저정밀도 캐리지(21)를 대치할 필요가 없다. 캐리지(21)의 높이는 카메라(20)와 보드(6) 사이의 적절한 초점 거리를 허용하도록 조절될 수 있다. 이 분배 장치의 메인 컴퓨터는 검사 지점의 마스터 서브시스템 작업을 수행한다. 표준 모니터 대신에 수퍼 VGA(SVGA) 형태의 모니터가 사용자 인터페이스(40) 및 카메라 이미지 디스플레이(41)용으로 제공되는 것이 선호된다.

A-618C는 대략 46 ×46 cm(18 ×18 인치)의 보드를 수용하는 범위에서 캐리지의 변환을 제공한다.

가장 자동화된 시스템에서조차, 일체형 기계 부품들을 적절하게 정렬시키고 검사 지점의 진행 상황을 감시하기 위해 사람에 의한 간섭이 자주 요구된다. 그러므로, 조작자는 이미지 모니터(41)에 나타나는 이미지를 관찰할 수 있고, 인터페이스 모니터(40)와 데이터 입력 장치(82)를 통해 검사의 상태를 문의할 수 있다. 필요할 경우, 수동 제어기(30-34)의 조작을 통한 검사 지점의 수동 작동이 가능하다.

보드 검사는 다단계 공정이다. 먼저, 검사될 보드 종류에 따라 비젼 서브시스템이 구성된다. 보드에서 검사될 각 부품의 종류, 위치, 그리고 방향에 관한 매개변수들이 사용자 데이터 입력을 통해 비젼 서브시스템에 로딩된다. CAD 파일이나 그외 다른 공지된 포맷으로 정보를 얻는 것이 선호된다. 이전의 구조는 동일 보드 종류의 차후 스캔시 신속하게 불러들이기 위해 마스터 서브시스템에 저장된다.

단일 종류의 보드에 대해서 SMT 공정의 구동이 구성되는 것이 일반적이지만, 검사 시스템이 주어진 구동 형태에서 단 한 종류의 보드에 대해서만 구성될 필요성은 없다. 검사되는 각 보드를 시스템이 식별할 수만 있다면, 여러 다른 종류의 보드들도 성공적으로 검사할 수 있다. 이는, 여러 다른 보드 형태에 대한 검사를 필요로할 수 있는 부가적인 재처리 검사 지점(60)에 있어 특히 중요하다. 게다가, 재처리 지점은 다수의 SMT 라인으로 작용할 수 있다.

시스템이 특정 종류의 보드에 대해 구성되면, 검사 공정이 시작될 수 있다. 회로 보드(6)가 소위 "영-위치"에서 컨베이어(5) 상에 나타나도록 위치한다. 컨베이어(5)는 보드(6)를 카메라(20) 아래의 시작 위치로 이동시킨다. 비젼 시스템이 보드 상의 가시 특징부(visible features)로부터 그 위치를 연산할 수 있기 때문에, 컨베이어와 캐리지의 고정밀 움직임이 불필요하다. 검사는 컨베이어(5)에 남아있는 보드(6)와 함께 일어나서, 크래들에 보드를 위치시키거나 크래들로부터 보드를 제거하기 위해 요구되는 임의의 종류의 라킹 크래들(locking cradle)과 임의의 보드 조작 메커니즘을 필요로하지 않게 한다. 또한, 비용과 중량을 줄이고, 검사 속도와 휴대성을 향상시킨다. 그러나, 보드 라킹 크래들이 사용될 수도 있다.

먼저 비젼 서브시스템은, 바코드를 판독함으로서 보드를, 또는 바 코드와 같은 보드 표면의 큐를 식별함으로서 그외 다른 가시 보드를, 식별한다. 비젼 서브시스템은 바 코드를 식별하고 분리할 수 있고, 보드의 신원을 확인할 수 있다. 그러므로, 별도의 바코드를 판독하는 장비가 불필요하다. 보드에 관한 레코드는 비젼 시스템에 의해 발생되는 보드에 관한 정보를 레코딩하기 위해 마스터 서브시스템(26)에 의해 불러들여진다. 그리고 어떤 시스템 재배치도 사용자 인터페이스 없이 마스터 서브시스템에 의해 자동적으로 행해진다. 레코드가 존재하지 않으면, 마스터 서브시스템은 앞서 기술한 바와 같이 조작자에게 문의할 것이다.

비젼 서브시스템은 분석용 이미지를 얻기 위해 보드 스캔을 실행한다. 스캔은 상대적으로 입자가 큰 해상도(즉, 저해상도)로 먼저 실행되고, 입자가 큰(즉, 저해상도) 스캔 중 발견된 의심가는 영역(즉, 의사 결함 영역)의 상태를 분석하기 위해 좀 더 미세하게 이어지는 스캔(즉, 고해상도 스캔)을 실시한다. 카메라로부터 단일 프레임이 생산량 증가를 위해 사용되는 것이 선호된다.

검사가 완료되면, 보드는 다음 SMT 지점이나 재처리 지점으로 이동하기 위해 방출된다. 재처리가 필요할 경우, 재처리를 위한 모든 정보를 재처리 시스템에서 자동적으로 이용할 수 있다. 재처리 지점에서, 사용자는 바코드 판독기나 다른 입력 장치를 통해 보드 신원을 입력하거나 스캔한다. 상기 특정 보드에 포함된 데이터는 데이터베이스로부터 검색되고, 재처리 모니터에 그래픽 방식으로 디스플레이된다. 그래픽 방식 디스플레이는 재처리되는 보드 종류의 스톡 이미지(stock image)로 구성되는 것이 선호된다. 재처리 지점에 전송될 데이터의 양을 감소시키기 위해 스톡 이미지가 사용된다. 보드 결함의 종류와 위치를 표시하는 맵 상의 붉은 점과 유사한 시각적 아이콘이 재처리 조작자의 명령으로 이미지 위에 나타난다. CAD 오버레이와, 데이터베이스에 입력된 그외 다른 적정 정보도 위에 놓이거나 디스플레이될 수 있다. 또한, 결함에 대한 단순한 조직 인쇄를 재처리 지점에서 이용할 수 있다.

도 4에서, "배치 공정(batch processing)"에 대한 수동 검사 지점으로 작동할 때, 드로어(43)를 이용하여 검사될 보드를 수동으로 삽입할 수 있다. 드로어(43)는 검사 지점(56a)의 전면에 위치하고, 사용자를 향해 미끄러져 나간다. 이 실시예에서, 지점(56a)은 SMEMA 라인의 일부가 아니며, 그러므로 광 트리(42)가 불필요하다. 또한, 카메라와 발광조명이 박스형 스크린(45) 뒤 캐리지(22a)에 장착된다. 모니터(40a, 41a), 마스터 컴퓨터(26a), 그리고 여러 스위치와 표시 장치가 다시 위치설정되었다. 키보드는 제 2 드로어(46) 내에 장착된다.

도 5-8에서, 드로어(43)는 수직 및 수평 방향으로 일정 간격에 따라 구멍난 다수의 다이 홀(47)을 갖춘 평면(48)으로 구성된다. 보드가 위치하는 평면은 카메라가 이동하는 평면과 거의 평행하다. 데이터 라인(50)과 함께 스위치(49)는 구멍난 표면(48) 위에 위치하여, 보드(6)의 존재를 감지한다.

보드를 정위치에 고정하는 두 종류의 부착물이 구멍난 평면(48)에 고착될 수 있다. 첫 번째 종류는 간단하게 연장된 피어(pier)(80, 81)이고, 상기 피어(80, 81)를 통해 핑거 고정 나사(83)가 구멍난 표면에 연결된다. 일반적으로, 장방형 회로 보드에 있어, 이 피어들은 보드의 인접 측부들과 결합하기 위해 서로 수직으로 배치된다.

두 번째 종류의 부착물(84, 85)은 보드의 나머지 측부들과 결합하는 조절가능한 브래킷이다. 각각의 브래킷은 장방형 슬롯(87)을 통과하는 한쌍의 핑거 고정 나사(86)에 의해 구멍난 표면에 부착된다. 나사가 부분적으로 고정되면, 브래킷이 구멍난 표면을 따르는 선의 전후로 미끄러질 수 있다.

도 6에서, 각각의 장방형 피어(80)는 알루미늄과 같은 강하고 견고한 물질로 제작된다. 각각의 피어의 위에는 수평 평면 상부 표면(100)이 위치하고, 상기 표면(100)은 최상부 내부 변부(101)로부터 피어 위의 중앙부를 따라 종으로 연장되는 수직 평면 벽(102)까지 이어진다. 벽의 높이(103)는 적절한 고정을 위해 회로 보드(6)의 두께와 거의 동등하다. 한 개 이상의 클램핑 노브(104, 105)가 보다 외측에 위치하여, 피어 위에 회전가능하게 장착된다. 각각의 조절 가능한 브래킷(84, 85)은 한개의 유사한 보드 고정 상부 표면과 한개의 클램핑 노브를 가진다.

각각의 노브는 수직 평면 컷어웨이(106)를 가지는 원통형태로서, 상기 컷어웨이(106)는 회전축(107)으로부터 벽(102)까지의 거리보다 작거나 같은 회전축(107)으로부터 반경 방향 거리에 위치한다. 컷어웨이가 도 7에 도시되는 바와 같이 벽과 정렬될 때, 보드가 추출될 수 있다. 도 8에 도시되는 바와 같이 정렬되지 않을 때, 노브의 하부 표면의 일부분(108)이 뻗어나와, 보드(6)의 상부 표면의 일부분과 접촉한다.

노브 위치를 유지하기 위한 수단은 스프링(109)의 사용을 통해 하향으로 노브를 바이어스시키는 것과 같이 사용될 수 있다. 다른 공지된 수단도 물론 사용될 수 있다. 본 발명이 표면 장착 부품을 가지는 인쇄 회로 보드와 같은 전자 조립체의 검사를 지향하고 있지만, 시각적 검사를 통해 감지가능한 결함을 가지는 다른 제작 아이템에도 발명을 적용할 수 있다.

선호되는 실시예는 평면에서 이동가능한 카메라를 기술하고 있지만, 수직 이동, 던져지거나 흔들리거나 구르는 이동 등과 같은 보다 복잡한 움직임도 검사되는 물품의 종류에 따라 시스템에 추가될 수 있을 것이다.

Claims

전자 부품 조립체들을 시각적으로 검사하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,

- 카메라의 시선 내에 각각의 전자 부품 조립체를 배치시키는 배치 단계,

- 상기 각각의 전자 부품 조립체의 표면의 이미지를 상기 카메라를 통해 획득하는 이미지 획득 단계,

- 관측되는 결함들의 레코드를 획득하도록 상기 이미지를 분석하는 이미지 분석 단계,

- 상기 전자 부품 조립체에 대해 시각적으로 인지가능한 잠재적 결함들의 데이터베이스를 유지관리하는 데이터베이스 유지관리 단계,

- 상기 관측되는 결함 각각을, 상기 데이터베이스의 상기 잠재적 결함들 중 한가지 이상과 상관시키는 상관 단계, 그리고

- 상기 상관 단계에서의 관측되는 결함과 잠재적 결함 간의 상관 관계를 바탕으로 하여, 상기 관측되는 결함을 표시하는 그래픽 방식 디스플레이를 발생시키는 디스플레이 발생 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 카메라는 최소한 4백만 픽셀 해상도를 가지는 칼라 디지털 카메라인 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 2 항에 있어서, 상기 이미지 분석 단계는,

- 상기 이미지를 수용가능한 값의 제 2 레코드와 비교하는 비교 단계, 그리고

- 상기 수용가능한 값의 범위를 벗어나는 상기 이미지의 영역을 식별하는 영역 식별 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 3 항에 있어서, 상기 데이터베이스 유지관리 단계는,

- 부품 종류, 위치, 그리고 방향을 포함하는 조립체 레이아웃을 상기 데이터베이스에 입력하는 입력 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법..
제 4 항에 있어서, 상기 입력 단계는,

- 상기 조립체들 중 한가지 이상을 표현하는 컴퓨터 디자인(CAD) 파일을 해역(interpreting)하는 해역 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 5 항에 있어서, 상기 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법은,

- 상기 카메라에 의해 판독되는, 상기 전자 부품 조립체의 보드 표면의 시각적 큐를 통해 상기 각각의 전자 부품 조립체를 식별하는 식별 단계, 그리고

- 상기 전자부품 조립체 각각을 다수의 전자부품 조립체 종류 중 한가지로 분류하는 분류 단계

를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 6 항에 있어서, 상기 배치 단계는,

- 컨베이어를 따라 상기 각각의 전자 부품 조립체를 이동시키는 이동 단계, 그리고

- 상기 카메라의 시선 내에 상기 각각의 전자 부품 조립체를 고정시키는 고정 단계

를 포함하며, 이때, 상기 전자 부품 조립체의 고정은 0.02 인치 이상의 오차를 수용할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 이미지 획득 단계는,

- 상기 전자 부품 조립체의 저해상도 이미지를 스캔하는 저해상도 스캔 단계,

- 상기 전자 부품 조립체의 의사 결함 영역을 식별하는 의사 결함 영역 식별 단계, 그리고

- 상기 의사 결함 영역의 고해상도 이미지를 스캔하는 고해상도 스캔 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법은,

- 상기 결함들의 리스트를 목록화하는 목록화 단계

를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이 발생 단계는,

- 상기 전자 부품 조립체를 나타내는 템플릿을 디스플레이하는 템플릿 디스플레이 단계,

- 상기 각각의 전자 부품 조립체 상의 상기 각각의 결함의 위치에 대응하는 상기 템플릿 상의 위치에, 상기 각각의 결함에 대한 시각적 아이콘을 디스플레이하는 시각적 아이콘 디스플레이 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 시각적 아이콘이 결함의 종류를 표시하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 카메라는 휠에 의해 지지되는 덮개 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 1 항에 있어서, 상기 이미지 획득 단계는,

- 상기 전자 부품 조립체의 보드로부터 최소한 12.7 cm 거리 위에 상기 카메라를 위치시키는 카메라 위치 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
전자 조립체 검사 장비로서, 상기 장비는,

- 검사 공간을 포함하는 하우징,

- 상기 검사 공간 내에서 이동가능한 캐리지에 장착되는 4백만 픽셀 이상의 해상도를 가지는 칼라 디지털 카메라,

- 상기 검사 공간 내에서 전자 조립체를 이동시키는 전자 조립체 이동 수단,

- 상기 칼라 디지털 카메라의 시선 내에 고정되도록 상기 검사 공간 내에서 상기 전자 조립체를 고정시키는 전자 조립체 고정 수단,

- 상기 전자 조립체 상의 결함들의 리스트를 도출하도록 상기 칼라 디지털 카메라에 의해 획득한 상기 전자 조립체의 이미지를 분석하는 이미지 분석 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 조립체 검사 장비.
제 14 항에 있어서, 상기 전자 조립체 이동 수단은, 상기 전자 조립체를 운반하는 컨베이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 조립체 검사 장비.
제 14 항에 있어서, 상기 전자 조립체 이동 수단은, 미끄럼 드로어(sliding drawer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 조립체 검사 장비.
제 14 항에 있어서, 상기 이미지는 상기 전자 조립체의 전체 표면을 포함하고, 상기 이미지는 상기 칼라 디지털 카메라에 의한 단일 프레임 스캔에 의해 획득되는 것을 특징으로 하는 전자 조립체 검사 장비.
제 14 항에 있어서, 상기 전자 조립체 검사 장비는,

- 상기 결함들의 리스트를, 재처리 장비에 의해 액세스가능한 데이터베이스 레코드에서의 상기 전자 조립체와 상관시키는 상관 수단

을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 조립체 검사 장비.
전자 부품 조립체들을 시각적으로 검사하기 위한 자동화 시스템으로서, 상기 자동화 시스템은,

- 4백만 픽셀 이상의 해상도를 가지는 칼라 디지털 카메라의 시선 내에 한 개 이상의 전자 부품 조립체를 배치하는 전자 부품 조립체 배치 수단,

- 상기 칼라 디지털 카메라에 의해 획득한 이미지를 분석함으로서 상기 전자 부품 조립체의 표면 상의 가시 결함들을 감지하는 결함 감지 수단, 그리고

- 감지된 가시 결함들을 재처리하기 위한 재처리 장비에서 상기 가시 결함들을 그래픽 방식으로 디스플레이하는 그래픽 디스플레이 수단

을 포함하는 것을 특징으로 하는 자동화 시스템.
제 19 항에 있어서, 상기 전자 부품 조립체 배치 수단은, 0.01 인치 이상의 오차를 수용할 수 있는 것을 특징으로 하는 자동화 시스템.
다수의 부품들로 구성된 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법으로서, 상기 방법은,

- 여러 다른 종류, 칼라, 방향, 그리고 단자 리드 간격을 가진 다수의 표면 장착 부품들을 포함하는 상기 전자 부품 조립체를 칼라 디지털 카메라의 시선 내에 배치하는 배치 단계,

- 상기 표면 장착 부품들을 포함하는 상기 전자 부품 조립체의 이미지를 상기 칼라 디지털 카메라를 통해 획득하는 이미지 획득 단계,

- 상기 다수의 표면 장착 부품들의 칼라, 종류, 위치, 방향, 그리고 단자 리드 간격 데이터를 포함한 관측되는 특징부들의 레코드를 획득하도록 상기 이미지를 스캔하는 이미지 스캔 단계,

- 칼라를 포함한 상기 특징부들의 시각적으로 인지가능한 다수의 매개변수들의 데이터베이스를 유지관리하는 데이터베이스 유지관리 단계,

- 결함을 파악하기 위해 시각적으로 인지가능한 상기 다수의 매개변수를 바탕으로 하여 상기 관측되는 특징부들 각각을 수치적으로 분석하는 수치 분석 단계, 그리고

- 상기 결함을 표시하는 그래픽 방식 디스플레이를 발생시키는 디스플레이 발생 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는, 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 칼라 디지털 카메라가 최소한 4백만 픽셀 이상의 해상도를 가진 칼라 디지털 카메라인 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 수치 분석 단계는,

- 관측한 특징부들의 상기 레코드를, 수용가능한 값들의 레코드와 비교하는 비교 단계, 그리고

- 상기 수용가능한 값의 범위를 벗어나는 상기 관측되는 특징부들의 상기 레코드로부터 상기 결함들을 식별하는 결함 식별 단계,

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 23 항에 있어서, 상기 데이터베이스 유지관리 단계는,

- 부품 종류, 위치, 그리고 방향을 포함하는 전자 부품 조립체 레이아웃을 상기 데이터베이스에 입력하는 입력 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 24 항에 있어서, 상기 입력 단계는,

- 상기 전자 부품 조립체를 표현하는 컴퓨터 디자인(CAD) 파일을 해역(interpreting)하는 해역 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 21 항에 있어서,

- 상기 칼라 디지털 카메라에 의해 판독되는, 상기 전자 부품 조립체의 표면 상의 시각적 큐(visual cue)를 통해 상기 전자 부품 조립체를 식별하는 식별 단계, 그리고

- 상기 전자 부품 조립체 각각을 다수의 전자 부품 조립체 종류 중 한가지로 분류하는 분류 단계

를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 배치 단계는,

- 상기 전자 부품 조립체를 컨베이어를 따라 이동시키는 이동 단계, 그리고

- 상기 칼라 디지털 카메라 시선 내에 상기 전자 부품 조립체를 고정시키는 고정 단계

를 포함하며, 이때, 상기 전자 부품 조립체의 고정은 0.02 인치보다 큰 오차를 수용할 수 있는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 이미지 획득 단계는,

- 상기 전자 부품 조립체의 저해상도 이미지를 스캔하는 저해상도 스캔 단계,

- 상기 전자 부품 조립체의 의사 결함 영역을 식별하는 의사 결함 영역 식별 단계, 그리고

- 상기 의사 결함 영역의 고해상도 이미지를 스캔하는 고해상도 스캔 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 21 항에 있어서,

- 상기 결함들의 리스트를 목록화하는 목록화 단계

를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 디스플레이 발생 단계는,

- 상기 전자 부품 조립체를 나타내는 템플릿을 디스플레이하는 템플릿 디스플레이 단계, 그리고

- 상기 전자 부품 조립체 상의 상기 각각의 결함의 위치에 대응하는 상기 템플릿 상의 위치에, 상기 각각의 결함에 대한 정적 시각적 아이콘을 디스플레이하는 정적 시각적 아이콘 디스플레이 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 30 항에 있어서, 상기 정적 시각적 아이콘이 결함의 종류를 표시하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 칼라 디지털 카메라가 휠에 의해 지지되는 덮개 내에 장착되는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 이미지 획득 단계는,

- 상기 전자 부품 조립체의 보드로부터 최소한 12.7 cm 거리 위에 상기 칼라 디지털 카메라를 위치시키는 카메라 위치 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.
제 21 항에 있어서, 상기 수치 분석 단계는

- 수치적 규칙-기반의(numerical rule-based) 칼라 이미지 분석 알고리즘을 이용하는 알고리즘 이용 단계

를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품 조립체의 시각적 검사 방법.