KR101563332B1 - 표면실장부품 패키지의 분류 시스템 및 방법 - Google Patents

표면실장부품 패키지의 분류 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 표면실장부품 패키지의 분류 시스템 및 방법에 관한 것으로서, PCB의 이미지 데이터로부터 획득된 부품 영상으로부터 부품의 리드 개수를 판별하고, 리드 개수가 2개인 2단자 부품인 경우 부품의 색을 판별하는 과정을 진행한 후, 리드 개수와 색 정보를 이용하여 신경회로망을 통한 부품 분류를 수행한다. 본 발명에 따르면, 영상처리를 통해 표면실장부품 패키지 분류 과정을 자동화함으로써 AOI 티칭시간을 혁신적으로 단축시킬 수 있을 뿐 아니라, 궁극적으로 표면실장부품 패키지의 수동 분류 기법으로부터 발생되는 문제를 해결할 수 있으며, 인쇄회로기판의 조립상태를 검사하기 위한 사전 작업준비시간을 단축시킬 수 있다.

Description

표면실장부품 패키지의 분류 시스템 및 방법{SYSTEM AND METHOD FOR CLASSIFICATING SURFACE MOUNT DEVICE}
본 발명은 표면실장부품 패키지의 분류 시스템 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 인쇄회로기판에 조립된 표면실장부품(Surface Mount Device ; SMD) 패키지를 분류하는 표면실장부품 패키지의 분류 시스템 및 방법에 관한 것이다.
오늘날 휴대폰, TV 등 IT 제품의 수요가 크게 증가하고 있으며, 시스템을 구성하는 중요한 요소인 인쇄회로기판의 집적도도 증가하고 있다. 이러한 이유로 전자부품을 자동으로 조립하는 PCB 부품 조립라인의 생산성이 중요시 되고 있으며, 동시에 완성된 PCB 내에 존재하는 부품들의 조립 상태에 대한 불량 여부를 검출하는 기술 또한 중요시 되고 있다. 보통 하나의 기판에는 수백에서 수천 개의 부품이 조립되기 때문에 더 빠르고 정확하게 검사할 수 있는 SMT(Surface Mount Technology) 검사기의 필요성이 커지고 있으며, 이와 함께 SMT 검사기의 티칭 작업을 자동화하여 준비시간을 단축하기 위한 방안도 필요로 하고 있다. 이에 표면실장부품을 인쇄회로기판에 자동으로 조립하는 SMT 라인에는 자동광학검사기(이하, "AOI"라 함)가 설치되어 있으며, AOI는 부품 조립의 불량여부를 카메라를 사용하여 광학적으로 검사하는 기법이다.
그런데, AOI가 검사작업을 수행하기 위해서는 검사 대상 부품에 대한 사전 티칭 작업이 필요하다. 티칭작업은 부품의 위치 및 크기, 검사할 영역 등의 데이터와 함께 패키지 종류에 대한 데이터가 필요하다. 패키지 종류에 따라 조명의 종류, 카메라 렌즈의 배율, 검사 알고리즘 등 각종 검사 파라메터가 다르기 때문에, AOI는 패키지 별 검사 파라메터를 데이터베이스로 관리하고 있다.
부품전자소자기술의 발달에 따라 인쇄회로기판에 조립되는 표면실장부품 패키지의 종류가 계속 증가하는 추세이고, 같은 부품이라도 패키지는 제조사별로 다를 수 있어 패키지의 관리 중요성이 증가하고 있다.
AOI 티칭 시 부품 패키지에 대한 기존의 부품 분류 방법은 사람이 직접 육안으로 식별하여 등록하는 과정을 필요로 한다. 즉 조립된 인쇄회로기판에 대해 카메라를 통해 영상을 획득하고, 영상 화면을 보고 사람이 부품별 패키지 종류를 식별한 후, 패키지 데이터베이스에 등록한다. 통상 현재의 인쇄회로기판에는 수백 내지 수천 개의 부품이 조립되므로 모든 표면실장부품 패키지를 수동으로 분류하기 위해서는 많은 시간이 소요되어 생산라인의 생산성을 크게 저하시킬 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2009-0116114호(공개일 2009.11.11.) 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0086410호(공개일 2012.08.03.)
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 표면실장부품 패키지의 영상으로부터 리드 개수를 판별하여 표면실장부품 패키지 종류를 자동으로 분류하는 표면실장부품 패키지의 분류 시스템 및 방법을 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표면실장부품 패키지의 분류 시스템은, PCB의 이미지 데이터로부터 획득된 부품 영상으로부터 부품의 리드 개수를 판별하는 리드 개수 판별부; 상기 리드 개수가 2개인 2단자 부품인 경우 부품의 색을 판별하는 색 판별부; 및 상기 리드 개수와 색 정보를 이용하여 신경회로망을 통한 부품 분류를 수행하는 신경회로망 분류부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 신경회로망 분류부는, 상기 색 판별부에서 판별한 색 정보와, 상기 리드 개수 판별부에서 판별한 리드 개수 및 위치 정보를 입력받아 부품을 분류하는 신경회로망; 및 상기 신경회로망의 출력값과 목표값의 차를 입력받아 상기 신경회로망을 학습시키는 학습신호 발생기를 포함하며, 상기 신경회로망은 퍼셉트론 학습법으로 학습이 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 표면실장부품 패키지의 분류 방법은, (a) PCB의 이미지 데이터로부터 획득된 부품 영상으로부터 부품의 리드 개수를 판별하는 리드 개수 판별단계; (b) 상기 리드 개수가 2개인 2단자 부품인 경우 부품의 색을 판별하는 색 판별단계; 및 (c) 상기 리드 개수와 색 정보를 이용하여 신경회로망을 통한 부품 분류를 수행하는 신경회로망 분류단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 때, 상기 단계 (a)는, 동일한 부품에 대해 다른 조명으로 촬영한 두 가지 영상을 입력받는 단계; 상기 두 가지 영상의 차영상을 구하는 단계; 상기 차영상에 대하여, 임계값 T로 이진화하는 단계; 상기 이진화한 영상을 투영시키는 단계; 투영한 히스토그램으로부터 리드영역을 추출하는 단계; 및 상기 리드영역을 기준으로 2단자 부품과 3단자 이상 부품을 분류하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 단계 (b)는, 획득한 부품 영상의 색상 히스토그램과 채도 히스토그램을 생성하는 단계; 생성한 히스토그램을 이산화하는 단계; 및 이산화한 히스토그램을 임의의 임계값 T에 대하여 이진화하는 단계를 포함한다.
그리고, 상기 단계 (c)는, 상기 신경회로망에 상기 리드 개수와 색 정보를 입력하여 부품 분류를 수행하여 출력값을 출력하는 단계; 상기 신경회로망의 출력값과 목표값의 차이를 학습신호 발생기에 입력하는 단계; 및 상기 학습신호 발생기의 출력을 상기 신경회로망에 적용하는 단계를 포함한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 의한 표면실장부품 패키지의 분류 시스템 및 방법에 따르면, 영상처리를 통해 표면실장부품 패키지 분류 과정을 자동화함으로써 AOI 티칭시간을 혁신적으로 단축시킬 수 있다.
이와 같이, 표면실장부품 패키지 분류 과정을 자동화함으로써 표면실장부품 패키지의 수동 분류 기법으로부터 발생되는 문제를 해결할 수 있으며, 인쇄회로기판의 조립상태를 검사하기 위한 사전 작업준비시간을 단축시킬 수 있다.
도 1은 표면실장부품 패키지의 예이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 표면실장부품 패키지의 분류 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 신경회로망 분류부의 구성도이다.
도 4는 본 발명에 적용된 신경회로망 모델이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 표면실장부품 패키지의 분류 방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 리드 개수를 판별하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 수평조명, 수직조명 및 일반조명에서의 영상을 나타낸 도면이다.
도 8은 수평조명영상과 수직조명영상의 차영상을 나타낸 도면이다.
도 9는 리드개수 판별단계에서 이진화 후 투영한 영상의 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 색을 판별하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 11은 색상 히스토그램과 채도 히스토그램을 나타낸 도면이다.
도 12는 색상 히스토그램의 구간별 총합과 신경회로망 입력데이터를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 표면실장부품 패키지의 분류 시스템 및 방법에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
여기서, 본 발명의 설명에 있어, '표면실장부품'과 '부품'은 동일 대상이며, 이를 함께 사용하기로 한다.
도 1은 표면실장부품 패키지의 예이다.
도 1을 참조하면, 표면실장부품 패키지는 리드 개수에 따라 리드 개수가 3개 이상인 SOT(Small Outline Transistor) 패키지와 리드 개수가 4개 이상인 IC(Integrated Chip) 패키지 및 리드 개수가 2개인 SOD(Small Outline Diode), Tantalum, MELF, Ceramic, Resistor 패키지 등으로 분류할 수 있다.
이와 같이 리드 개수에 따라 표면실장부품 패키지를 분류할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 표면실장부품 패키지의 분류 시스템의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 표면실장부품 패키지의 분류 시스템은, PCB의 이미지 데이터로부터 획득된 부품 영상으로부터 부품의 리드 개수를 판별하는 리드 개수 판별부(1)와, 리드 개수가 2개인 2단자 부품인 경우 부품의 색을 판별하는 색 판별부(2)와, 리드 개수와 색 정보를 이용하여 신경회로망을 통한 부품 분류를 수행하는 신경회로망 분류부(3)를 포함한다.
한편, 본 발명의 표면실장부품 패키지의 분류 시스템에는 PCB의 이미지 데이터로부터 부품의 영상을 획득하는 부품 영상 획득부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 리드 개수 판별부(1), 색 판별부(2) 및 신경회로망 분류부(3)는 해당 기능을 명확하게 구분하기 위해 제시한 일례이며, 이들 구성은 하나의 프로세서에 의해 일괄 처리될 수 있을 것이다. 또한, 이러한 기능을 갖는 프로그램에 의해 일련의 과정이 수행될 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 표면실장부품 패키지의 분류 시스템은, AOI의 티칭을 위하여 획득한 각 표면실장부품에 대한 영상을 입력으로 하여, 영상처리를 통하여 표면실장부품의 리드 개수 및 위치 정보를 식별하고, 또한 표면실장부품의 색상정보를 추출하여 AOI의 데이터베이스에 등록된 표면실장부품 패키지 중 적합한 표면실장부품 패키지를 선택한다. 표면실장부품 패키지 선택 시, 입력부품과 데이터베이스 부품의 유사도를 단순 비교하는 것이 아니라, 학습을 통하여 구성된 신경회로망을 통하여 패키지를 분류하여 인식률을 높인다. 이는 도 3에서 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 신경회로망 분류부의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 신경회로망 분류부(3)는, 색 판별부(2)에서 판별한 색 정보와, 리드 개수 판별부(1)에서 판별한 리드 개수 및 위치 정보를 입력받아 표면실장부품을 분류하는 신경회로망(31)과, 신경회로망(31)의 출력값과 목표값의 차를 입력받아 신경회로망(31)을 학습시키는 학습신호 발생기(32)를 포함한다.
여기서, 신경회로망(31)은 퍼셉트론 학습법으로 학습이 이루어질 수 있다.
도 4는 본 발명에 적용된 신경회로망 모델이다.
그러면, 여기서 상기와 같이 구성된 시스템을 이용한 본 발명의 표면실장부품 패키지의 분류 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 표면실장부품 패키지의 분류 방법의 흐름도이다.
도 5를 참조하면, PCB의 이미지 데이터로부터 획득된 부품 영상으로부터 부품의 리드 개수를 판별한다(S1).
이 때, 리드 개수가 2개인 2단자 부품라고 판별될 경우에는 색을 판별하는 단계로 진행하고(S2 ~ S3), 리드 개수가 3개 이상인 부품이라고 판별될 경우에는 신경회로망을 통한 부품 분류 단계로 직접 진행한다(S4).
한편, 색 판별 과정이 완료되면, 리드 개수와 색 정보를 이용하여 신경회로망을 통한 부품 분류 단계로 진행한다(S4).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 리드 개수를 판별하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 리드 개수를 판별하는 과정은, 먼저, 동일한 부품에 대해 다른 조명으로 촬영한 두 가지 영상을 입력받는다(S11, S12). 다른 각도의 조명을 출사하여 부품 영상을 촬영하면 부품과 솔더 표면의 경사와 재질의 특성에 따라 반사하는 조명이 달라진다. 다른 각도로 반사되는 조명을 이용하여 촬영하면, 도 7과 같이 같은 부품에 대해 촬영하였음에도 다른 모습의 결과 영상이 나타난다. 특히 부품 패키지영역보다 솔더 영역이 납의 표면의 둥근 특성에 따라 조명이 입사되는 각의 영향을 크게 받는다. 또한 납 자체의 특성에 따라 어두운 색의 부품 패키지보다 더 많은 양의 조명을 반사하여 솔더 영역에 대해 차이가 있는 결과영상을 촬영할 수 있게 된다.
이 두 이미지에 대한 차이미지를 구하면(S13), 도 8과 같이 비교적 쉽게 솔더 영역만을 나타낼 수 있다. 두 가지 조명으로 촬영한 영상과는 달리 일반조명은 한 가지 형태에 대한 영상만 촬영이 가능하다. 도 7을 참고하면, 일반조명영상은 솔더 영역과 부품의 전극부분의 경계도 모호하고 색상 또한 거의 유사하여 영상만으로는 솔더 영역과 부품의 전극 부분을 구분하기가 어렵다.
획득한 차영상에 대하여, 임계값 T로 이진화한다(S14). 임계값을 결정하기 위한 방법으로 본 발명에서는 일례로서 Otsu 이진화 방법을 사용한다.
이후 이진화한 영상을 투영시켜(S15), 솔더영역을 추출한다(S16). 도 9를 참조하면, 예로 사용된 부품은 리드 영역의 개수가 2개임을 알 수 있다.
이후 추출된 리드영역의 개수를 판별하여(S17), 추출된 리드영역의 개수가 2개이면 2단자 부품(S18), 3개 이상이면 트랜지스터로 분류한다(S19).
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 색을 판별하는 과정을 나타낸 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 색을 판별하는 과정은, 먼저 RGB 컬러모델을 HSI 컬러모델로 변환한다(S31). HSI 컬러 모델로 변환하는 과정에서는 기존 RGB(Red , Green , Blue) 컬러 모델을 사람이 색을 인지하는 방법과 가장 유사한 HSI(Hue(색상), Saturation(채도), Intensity(명도)) 컬러 모델로 변환된다. HSI 컬러 모델로 변환되면, RGB 컬러 모델보다 음영에 강한 특징이 있기 때문에 여러 이미지에서 검출률을 높일 수 있다.
한편, 검사 영역 지정 과정에서 전달된 RGB 컬러 모델 이미지를 아래의 변환 식을 사용하여 HSI 컬러 모델로 변환한다.
Figure 112014031338300-pat00001
Figure 112014031338300-pat00002
Figure 112014031338300-pat00003
여기서, R, G, B 각각은 화소 (i,j)의 성분 값으로서, 0 이상 255 이하의 정수이다.
이어서 HSI 컬러모델의 H영역 히스토그램과 S영역 히스토그램을 생성하고(S32), 상기 생성한 히스토그램을 신경회로망 분류부(4)의 입력층 노드 개수 m개로 이산화 한다(S33). 여기서, 이산화란 임의 개수의 구간으로 나누어 각 구간별 총합을 구하는 과정이며, 데이터를 간소화할 수 있는 방법이다.
이어서 상기 이산화한 히스토그램을 임의의 임계값 T에 대하여 이진화한다(S34).
도 11은 색상 히스토그램과 채도 히스토그램을 나타낸 도면이고, 도 12는 색상 히스토그램의 구간별 총합과 신경회로망 입력데이터를 나타낸 도면이다.
즉, 도 11은 색 판별부(3)의 결과로서, 획득한 영상의 색상 히스토그램과 채도 히스토그램을 나타낸 예이고, 도 12는 색 판별부(3)의 결과로서, 획득한 영상의 히스토그램을 이산화한 결과와 이진화한 결과를 각각 나타낸 예이다.
도 11 및 도 12는 색상영역 히스토그램을 10개의 구간으로 이산화한 후 이를 이진화한 경우이다.
본 발명에서는 표면실장부품 패키지에 대해 설명하고 있으나, 전자부품에 모두 적용될 수 있다.
이상에서 몇 가지 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것이 아니고 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형실시될 수 있다.
1 : 리드 개수 판별부
2 : 색 판별부
3 : 신경회로망 분류부

Claims (6)

  1. PCB의 이미지 데이터로부터 획득된 부품 영상으로부터 부품의 리드 개수를 판별하는 리드 개수 판별부;
    상기 리드 개수가 2개인 2단자 부품인 경우 부품의 색을 판별하는 색 판별부; 및
    상기 리드 개수와 색 정보를 이용하여 신경회로망을 통한 부품 분류를 수행하는 신경회로망 분류부를 포함하며,
    상기 신경회로망 분류부는,
    상기 색 판별부에서 판별한 색 정보와, 상기 리드 개수 판별부에서 판별한 리드 개수 및 위치 정보를 입력받아 부품을 분류하는 신경회로망; 및
    상기 신경회로망의 출력값과 목표값의 차를 입력받아 상기 신경회로망을 학습시키는 학습신호 발생기를 포함하며,
    상기 신경회로망은 퍼셉트론 학습법으로 학습이 이루어지는 표면실장부품 패키지의 분류 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. (a) PCB의 이미지 데이터로부터 획득된 부품 영상으로부터 부품의 리드 개수를 판별하는 리드 개수 판별단계;
    (b) 상기 리드 개수가 2개인 2단자 부품인 경우 부품의 색을 판별하는 색 판별단계; 및
    (c) 상기 리드 개수와 색 정보를 이용하여 신경회로망을 통한 부품 분류를 수행하는 신경회로망 분류단계를 포함하며,
    상기 단계 (a)는,
    동일한 부품에 대해 다른 조명으로 촬영한 두 가지 영상을 입력받는 단계;
    상기 두 가지 영상의 차영상을 구하는 단계;
    상기 차영상에 대하여, 임계값 T로 이진화하는 단계;
    이진화한 영상을 투영시키는 단계;
    투영한 히스토그램으로부터 리드영역을 추출하는 단계; 및
    상기 리드영역을 기준으로 2단자 부품과 3단자 이상 부품을 분류하는 단계를 포함하는 표면실장부품 패키지의 분류 방법.
  5. (a) PCB의 이미지 데이터로부터 획득된 부품 영상으로부터 부품의 리드 개수를 판별하는 리드 개수 판별단계;
    (b) 상기 리드 개수가 2개인 2단자 부품인 경우 부품의 색을 판별하는 색 판별단계; 및
    (c) 상기 리드 개수와 색 정보를 이용하여 신경회로망을 통한 부품 분류를 수행하는 신경회로망 분류단계를 포함하며,
    상기 단계 (b)는,
    획득한 부품 영상의 색상 히스토그램과 채도 히스토그램을 생성하는 단계;
    생성한 히스토그램을 이산화하는 단계; 및
    이산화한 히스토그램을 임의의 임계값 T에 대하여 이진화하는 단계를 포함하는 표면실장부품 패키지의 분류 방법.
  6. (a) PCB의 이미지 데이터로부터 획득된 부품 영상으로부터 부품의 리드 개수를 판별하는 리드 개수 판별단계;
    (b) 상기 리드 개수가 2개인 2단자 부품인 경우 부품의 색을 판별하는 색 판별단계; 및
    (c) 상기 리드 개수와 색 정보를 이용하여 신경회로망을 통한 부품 분류를 수행하는 신경회로망 분류단계를 포함하며,
    상기 단계 (c)는,
    상기 신경회로망에 상기 리드 개수와 색 정보를 입력하여 부품 분류를 수행하여 출력값을 출력하는 단계;
    상기 신경회로망의 출력값과 목표값의 차이를 학습신호 발생기에 입력하는 단계; 및
    상기 학습신호 발생기의 출력을 상기 신경회로망에 적용하는 단계를 포함하는 표면실장부품 패키지의 분류 방법.
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