KR20010033850A - 그림자 화상 센서 데이타에 의한 전자 부품의 단층 촬영식재구성법 - Google Patents

그림자 화상 센서 데이타에 의한 전자 부품의 단층 촬영식재구성법 Download PDF

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Abstract

불투명한 물체(4)의 윤곽을 표현하는 1조의 꼭지점을 제공하고, 이 1조의 꼭지점으로부터 상기 물체(4)의 윤곽을 구하는 신규한 방법이 제공되어 있다. 이 방법은 물체(4)가 소정 각도로 유지되는 동안에, 물체(4)의 그림자를 검출기(11)에 투영하여 상기 그림자 화상의 적어도 하나의 가장자리를 검출하는 단계를 포함한다. 일단 상기 그림자 화상의 적어도 하나의 가장자리가 알려지면, 상기 그림자 화상의 적어도 하나의 가장자리와 그에 대응하는 각도에 의한 데이타 쌍이 저장된다. 복수 개의 데이타 쌍이 저장될 때까지 상기 투영 및 검출 단계는 반복된다. 상기 복수 개의 데이타 쌍으로부터 1조의 꼭지점이 계산된다. 예를 들어, 물체의 윤곽을 보는데 사용하기 위해 물체(4)의 윤곽이 상기 1조의 꼭지점을 플로팅하여 만들어진다.

Description

그림자 화상 센서 데이타에 의한 전자 부품의 단층 촬영식 재구성법{TOMOGRAPHIC RECONSTRUCTION OF ELECTRONIC COMPONENTS FROM SHADOW IMAGE SENSOR DATA}
오늘날 광학 센서에 채용되는 전자 섀도윙(shadowing) 기술은 인쇄 회로 기판 위에 전자 부품을 실장(實裝)하기 위한 픽 앤 플레이스 장치에 있어서의 전자 산업 분야에 광범위하게 사용되고 있다. 가장 일반적으로 많이 사용되는 위치 정렬 센서 중의 하나는 미국 미네소타주 골든밸리에 소재한 사이버옵틱사에서 생산, 판매하는 LaserAlign부품 정렬 센서이다. LaserAlign형 센서는 일반적으로 전자 부품의 측면에 입사되는 광로(光路)에 집중된 빛을 사용해서 검출기 표면에 투영되는 그림자를 형성한다. 전자 부품이 회전하는 경우[픽 앤 플레이스 장치의 x, y, z 방향으로 조절되는 노즐에 의해], 검출기에 투영되는 상기 그림자는 그 폭이 변하게 된다. 첨점(尖點; cusp)에서 그림자의 폭이 최소가 되면, 회전의 노즐축에 대해서 그 부품의 하나의 축과 그 배향[즉, 각 위치] 내에서의 부품의 위치가 밝혀진다. 그 다음, 픽 앤 플레이스 장치는 그 부품을 약 90도 정도 회전시켜, 다른 방향에서의 그 부품의 위치를 설정하기 위해 다시 동일한 과정을 반복한다. 이러한 센서의 출력과 이에 부수하는 과정은, 그 부품이 인쇄 회로 기판 위에 정확하게 설정되기 전에 픽 앤 플레이스 장치가 수행해야 하는 병진 및 회전 운동의 시도(示度, indication)를 제공한다. 스쿤스(Skunes) 등에게 허여되었으며 본 발명과 동일한 양수인이 소유하고 있고, 본 명세서에 의해 참고하는 미국특허 제 5,278,634호에 LaserAlign센서가 설명되어 있다.
배향 과정은 상기 픽 앤 플레이스 장치가 부품을 배치하기 위해 목적하는 인쇄 회로 기판에 그 부품을 이송하는 동안에 일반적으로 수행된다. 상기 배향 과정이 부품의 이송과 동시에 수행될 경우, 그 배향 과정을 가끔 "온-헤드(on-head)" 또는 "온-더 플라이(on-the-fly)" 측정이라고 부른다. 반대로 "오프-헤드(off-head)" 측정은 센서가 픽 앤 플레이스 헤드에 장착되지 않고, 헤드에 대하여 정지된 상태일 때의 측정을 말한다.
그러나, 전자 부품이 날카로운 모서리를 갖지 않은 경우에, 이들 센서로부터 얻은 데이타들은 종종 부품 배향의 최적에 미만인 경우가 있다. 나아가, 어떤 경우에 있어서는, 속도를 희생하는 일이 없이 복잡한 부품의 윤곽에 대한 해상도를 더 향상시켜야 할 필요가 있다.
본 발명은 픽 앤 플레이스 장치(pick and place machine)처럼 전자 부품을 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board)에 배치하기 위한 물체를 배향하는 것과 같이 어떤 시스템 내에서 물체의 x, y 및 θ배향(orientation)을 계산하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 센서를 포함하는 픽 앤 플레이스 장치를 나타내고,
도 2a는 픽 앤 플레이스 장치 내의 인쇄 회로 기판 위의 모터 제어 전자 장치, 모터 구동 전자 장치와 함께 사용되는 경우의 도 1에 도시된 센서를 나타내며,
도 2b는 본 발명을 실시하기 위한 하드웨어의 실시 상태를 나타내고,
도 3A 내지 3J는 다양한 각도[θ1- θ5]에서의 본 발명의 센서의 검출기 출력과, 그 결과 얻은 각 각도[θ1- θ5]에 대한 그림자 화상의 두 가지 상태도를 나타내는 그래프 쌍이며,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 단계들을 나타내는 흐름도이고,
도 5는 광원과 물체에 의하여 센서 내의 검출기 위에 투영된 그림자 화상간의 관계를 나타내는 도표이며,
도 6a 및 6b는 본 발에 따른 재구성 프로세스에 있어서의 단계들을 나타내고 있다.
편의상, 동일한 부호로 나타낸 도면 항목들은 동일하거나 또는 유사한 기능을 수행한다.
본 발명의 한 가지 특징에는 불투명한 물체의 윤곽을 나타내는 1조(組)의 꼭지점을 제공함으로써 상기 1조의 꼭지점으로부터 상기 물체의 윤곽을 구하는 신규한 방법이 포함되어 있다. 이 방법은 물체가 소정 각도로 유지되는 동안, 물체의 그림자를 검출기에 투영하는 단계와, 이어서 상기 그림자 화상의 적어도 하나의 그림자 가장자리를 검출하는 단계를 포함한다. 일단 상기 그림자 화상 중의 적어도 하나의 가장자리가 알려지면, 상기 그림자 화상의 적어도 하나의 가장자리와 그에 대응하는 각도에 의하여 형성되는 데이타 쌍이 양호하게 저장된다. 복수 개의 데이타 쌍이 저장될 때까지 상기 투영 및 검출 단계는 반복된다. 마지막으로, 상기 복수 개의 데이타 쌍으로부터 1조의 꼭지점이 계산된다. 물체의 윤곽은, 예를 들어 이 물체의 윤곽을 관찰하는 데 사용하기 위해 상기 1조의 꼭지점을 플로팅함으로써 만들어진다. 상기 1조의 꼭지점은 전자 포맷으로 주어질 수 있으며, 이 전자 포맷은 래스터(raster) 화상를 제공하기 위해 사용되는 비디오 포맷일 수 있다. 또한, 이 비디오 포맷은 RS-170이 사용되기도 한다.
본 발명의 방법은 픽 앤 플레이스 장치가 인쇄 회로 기판 위에 전자 부품을 정확하게 배치하는 전자 부품 조립 산업에 유용하다. 본 발명으로부터 상기 부품의 1조의 꼭지점이 알려지게 되면, 픽 앤 플레이스 장치 내의 기지(旣知)의 기준축에 대한 부품의 위치와 각도가 계산될 수 있고, 이것은 인쇄 회로 기판 위에 있는 부품의 소망하는 위치 및 각도와 비교될 수 있다. 소망하는 위치와 현재의 위치에 대한 함수로서 픽 앤 플레이스 장치에 대한 위치 수정 명령이 계산되는데, 이것은 픽 앤 플레이스 장치에 의하여 실행되며, 이 인쇄 회로 기판 위의 정확한 자리에 배치된다.
본 발명의 또 다른 특징에 있어서, 광원과 검출기가 구비되어 있고, 본 발명의 그림자 투영 단계를 수행하는 광학 센서도 역시 설명되어 있다. 상기 센서는 검출기로부터 받은 그림자 화상의 가장자리 위치를 파악하고, 1조의 꼭지점을 계산하며, 필요하다면 시험 중인 부품의 윤곽을 재구성하는 본 발명의 프로세싱 전자 장치에 결합된다. 또 다른 실시예에 있어서, 가장자리 검출 및 프로세싱 전자 장치는 상기 센서 내부에 위치하고 있다.
본 발명은 그림자가 투영된 노즐의 각도와 물체에 의하여 검출기 위에 투영된 그림자 화상의 적어도 하나의 가장자리를 포함하는 데이타 쌍을 사용하여 물체의 윤곽을 재구성하는 단층 촬영식 재구성(tomographic reconstruction) 장치와 방법을 제공하는 것이다. 물체가 센서에 대해 회전하는 동안 그림자는 센서 내의 검출기 위에 투영된다. 이 기법은 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같은 픽 앤 플레이스 장치에 사용될 수 있다.
도 1은 x 방향 또는 y 방향의 어느 방향으로 헤드(2)를 이동시키기 위한 독립적인 모터 구동부(도시하지 않음)가 구비된 픽 앤 플레이스 장치(10)를 보여주고 있다. 픽 앤 플레이스 장치 내에는 부품(4)을 목적하는 인쇄 회로 기판 기판(6)에 배치하기 위해 부품을 상승, 하강 및 회전시키기 위한 추가의 모터와 모터 구동 전자 장치가 있다(도 2a). 인쇄 회로 기판(6)은 컨베이어 장치(12)에 따라 화살표(14) 방향으로 움직인다. 픽 앤 플레이스 장치(10)에는 부품(4)의 배향을 결정하기 위한 본 발명의 그림자 투영 센서(8)가 있는 것으로 도시되어 있다.
센서(8)는 헤드(2) 아래에 "온-헤드" 구조로 실장되므로, 센서(8)는 헤드(2)가 부품(4)을 인쇄 회로 기판(6) 위의 적절한 위치 쪽으로 이동시키는 중에 센싱 측정을 수행할 수 있다. 그러나, 본 발명은 산업계에서 일반적으로 알려진 것들과 같이 "오프-헤드", "온-더-플라이" 및 다른 형식의 측정 방식으로 동작하는 다른 장치들을 비롯한 어떤 형식의 픽 앤 플레이스 장치를 이용하여 수행될 수도 있다. 헤드(2)가 부품을 목적하는 인쇄 회로 기판(6) 위에 배치하고, 그 인쇄 회로 기판이 완전히 조립되고 나면, 콘베이어 장치(12)에 의해 또 다른 인쇄 회로 기판이 헤드 아래의 적소에 이송되고 그 과정이 다시 반복된다.
도 2a에 있어서, 센서(8)는 이 센서(8)를 픽 앤 플레이스 장치의 내부 또는 다른 제어 장소에 위치하는 카드 케이지(24) 내의 인쇄 회로 기판(22)에 전기적으로 연결하는 출력 케이블(20)을 구비하고 있는 것으로 도시되어 있다. 모터와 제어 전자 장치 블록(26)은 z 방향 운동 뿐만 아니라 부품(4)의 정확한 각 운동(角運動)을 제공해 준다. 픽 앤 플레이스 산업 분야에서 통상 사용되는 노즐 및 퀼(quill) 조립체(28)에 의해 유지된다. 노즐 및 퀼 조립체(28)에는 이것을 통하여 연장되는 축(15)이 있다. 센서(8) 내에 위치하는 검출기(11)를 포함하고 있는 전자 장치는 동축 케이블(20)에 데이타를 출력하는데, 이 데이타가 검출기(11)에 투영되는 부품(4)의 그림자의 윤곽을 나타내는 것이다. 각 부품을 배치하는 데 요하는 시간량을 줄이기 위해서 이 데이타는 실시간으로 전송되는 것이 좋다. 상기 센서 전자 장치는 CCD 어레이 검출기(11), 이 CCD 에러이에 클록킹 파형(clocking waveform)을 가하기 위한 회로, 상기 CCD 어레이로부터의 비디오 신호를 디지탈화시키는 아날로그/디지탈(A/D) 컨버터(50), 디지탈 출력을 컴퓨터로 전송하기 위해 케이블(54)에 연결되는 디지탈 인터페이스 전자 장치(52) 및 전체 센서 동작을 조정하기 위한 디지탈 제어 전자 장치로 구성된다. 픽 앤 플레이스 장치(10)는 제어 블록(26) 내의 정확한 각 인코더(angular encoder)의 전자적 출력과 인쇄 회로 기판(22)의 전자 장치를 통해 출력되는 센서(8)로부터의 출력에 기초하여 헤드(2)의 모터 및 제어 블록(26)에 대해 명령을 제공하는 적어도 또 다른 인쇄 회로 기판(30)을 포함한다. 본 발명의 별법에서는, 1조의 꼭지점을 제공하는 모든 전자 장치는 센서(8)의 하우징(13) 내에 존재한다.
도 2b는 픽 앤 플레이스 장치(10) 내의 센서(8) 및 인쇄 회로 기판(22)의 전자 장치에서 수행되는 본 발명의 하드 웨어에 대한 실시예를 도시하고 있다. 부품(4)은 노즐 조립체(28)에 의해 여러 가지 각도(θ)로 회전한다. 시준(視準) 광원(7)으로부터 나오는 평행광이 검출기(11)에 투사되며 검출기 위에 그림자 화상를 생성한다. 검출기(11)는 선형 검출 어레이인 것이 좋고, 크기가 13 ㎛ ×13 ㎛인 1024개의 화소를 갖는데, 각 화소는 검출기에 투영되는 그림자의 세기(intensity)를 나타내는 그레이 스케일(gray-scale) 아날로그 값을 출력한다. 선형 어레이 검출기에 대해서는 다양한 출력 포맷이 있지만, 2탭(tap) 출력이 좋다. 왜냐 하면, 이것은 검출기(11) 내의 모든 화소를 클록 아웃(clock out)하는데 요하는 시간을 줄여 주기 때문이다. 아날로그/디지탈 컨버터(50)는 검출기(11)로부터의 출력을 받아서, 이것을 바람직하게는 해상도가 10 비트인 디지탈 값으로 이것을 변환시킨다. 컨버터(50)의 출력은 케이블(54)을 통해 전송하기 위한 신호를 포맷팅하는 인터페이스 전자 장치(52)에 연결된다. 인터페이스 전자 장치(56)는 신호를 디지탈 포맷으로 변환하며, 바람직하게는 인텔(Intel) 칩을 사용하여 구현되는 프로세서(58)는 본 출원서에 기재되는 가장자리 검출 알고리즘(60) 및 참조 번호 62로 나타내고 수학식 2에 의하여 꼭지점 계산(vertex computation)을 위한 코드를 포함한다. 필요한 경우, 부품(4)의 윤곽을 디스플레이 하기 위하여 x, y 점 조합을 플로팅하는 비디오 프로세서 블록(64)에 1조의 꼭지점이 제공될 수도 있다.
그림자의 유효폭이 최소화할 때까지, 부품이 회전하는 동안 투영되는 그림자의 유효폭을 계산하여 부품의 상대적 x, y 위치를 설정하는 원리하에서 광원 및 여러 종류의 검출기와 함께 작동하는 또 다른 전자 장치도 본 발명의 방법에 사용될 수 있다.
광원(7)은 센서(8) 내에 위치하는 것이 좋다. 양호한 실시예에 있어서, 광원(7)은 레이저 다이오드, 점광원, 또는 부품(4)의 주변에 실질적으로 평행광을 제공할 수 있는 기타의 광원이다. 그러나, 본 발명을 수행하기 위해서는 충분한 광도를 가진 어떠한 빛도 사용될 수 있으며, 심지어 복사광을 검출할 수 있는 검출기와 조화되는 경우, 비가시 광선이라도 사용이 가능하다. 수쿠네스(Skunes) 특허에 기재된 방법을 이용할 때처럼, 본 발명은 어떤 특정한 종류의 빛에 국한되지 않는다. 특히, 빛의 파장이나 간섭성, 위상 등은 본 발명에 있어 중요한 요소가 아니다. 광원에 대한 주요 기준은 센서(8)의 하우징 내에 어떤 필터가 존재하든, 부품이 수용되는 공동(空洞) 내를 통과한 빛이 검출기에 잡혔을 때 부품에 대한 강한 신호를 제공할 수 있는 충분한 광도를 가진 빛을 제공할 수 있어야 한다는 것이다. 본 발명은 다중 광원을 사용하거나 또는 그림자를 투영하는 데 사용되는 광을 제공하기 위한 대체 장치를 사용하여 실시할 수도 있다. 나아가, 본 발명은 본 출원서에 도시된 하우징의 특수한 실시예에 한정되지 않는다.
발생된 그림자의 위치와 각도를 이용하여 물체의 볼록 윤곽(convex outline)이나 볼록체(convex hull)를 재구성할 수 있다. 볼록체는 부품의 윤곽에 그대로 대응하는 것은 아니며 물체의 종방향 주위에서 단단히 신장(伸長)되는 고무 밴드에 의해 추측되는 형상과 같이 상상할 수 있다는 것을 주의해야 한다. 예를 들면, 외부 윤곽 내에 다수의 빈공간이 있는 스테이플러(stapler)를 고려해 보자. 본 발명에 의한 스테이플러의 볼록체는 그 종방향으로 주위에 고무 밴드가 신장되어 있는 스테이플러의 윤곽을 낳게 된다. 본 발명에 의하여 재구성된 윤곽 내에는 고무 밴드와 스테이플러간에 존재하는 공간이 보이지 않게 된다.
도 3A, 3C, 3E, 3G 및 3I에 나타낸 바와 같이, 작업 중에 물체(4)의 회전시, 검출기(11)는 검출기 화상(檢出器 畵像)을 연속적으로 생성한다. 도 3B, 3D, 3F, 3H 및 3J에는 도 3A, 3C, 3E, 3G 및 3I에 각각 도시된 검출기 화상의 두 개의 가장자리 상태가 나타나 있다. 이들 도면에 있어서 각 매개 변수 r은 그림자 화상의 가장자리로부터 부품 회전축 15("그림자 반폭")까지의 거리를 나타낸다. 상기 매개 변수 r은 퀼에 대한 광선의 각도 θ에 따라 달라진다[이는 도 5에서 가장 잘 볼 수 있다]. 시준광(視準光)에 대하여, 광선은 항상 기구축(15)에 평행하므로, 퀼 각도 Φ에 대한 θ의 관계는 다음과 같다.
θ= - Φ
물체의 윤곽을 구하기 위해서 복잡한 계산을 거쳐야 하는 통상적인 단층 촬영식 재구성 방법이 검출기 화상의 그레이-스케일(gray-scale) 정보에 적용될 수 있다. 그러나, 본 발명은 불투명한 물체에 적용되는 것으로, 이를 통해 계산상의 효율성을 제공해 준다. 본 발명에서는 복수 개의 회전각에서 검출기에 투영되는 그림자의 적어도 하나의 가장자리의 위치만이 상기 불투명 물체의 꼭지점을 재구성하는 데 필요하다. 각 각도에서 반투명 물체를 투과하는 빛이나 복사선의 그레이-스케일 표시에 대조하여 볼 때, 본 발명은 그림자 화상의 적어도 하나의 가장자리에 대한 위치만을 사용하므로, 윤곽의 단층 촬영식 재구성법에 대한 선행 기술보다 더 효율적이고 계산상 덜 복잡하다.
본 발명에 있어서, 근접한 선들간의 교점[다각형 꼭지점이 되는 것들]은 각 다각형에 대한 두 개의 연립 방정식을 풀면 계산될 수 있다.
여기서 θI는 반경 방향 매개 계수 rI가 취해지는 각도이다. 상기 수학식 2에 사용된 반경 방향 매개 변수는 그림자 가장자리로부터 회전축(154)까지의 거리이다. 볼록체의 n 꼭지점을 생성하기 위해 이것이 n번 계산된다. 통상의 볼록체에 대해 수백 개의 꼭지점이 계산된다.
도 4에 있어서, 본 발명의 방법은 바람직하게는 센서(8) 내의 광원(7)을 사용하여 부품(4)에 그림자를 투영함으로써 블록(100)에서 시작된다. 블록(104)에서는 θI값이 저장되고, 그림자 화상의 가장자리 위치(rI)가 결정된다. 그레이-스케일 화소값으로 나타낸 검출기(11)로부터의 출력인 상기 그림자 화상의 가장자리 위치는 여러 가지 기법에 의하여 추출해 낼 수 있다. 일반적으로, 이들 기법에는 각 가장자리 위치의 피크(peak)값을 도출하기 위해 그레이-스케일 그림자 화상를 미분하는 방법이 포함된다. 저주파 필터(lowpass filter)를 이용하여 그 미분된 화상을 필터링하면 고주파 잡음이 감소된다. 그 다음, 프로세서(50)는 그 피크의 일정 주변 내의 화소만을 고려하여, 그 결과 얻은 피크의 중심부를 계산한다. 본 발명을 기지의 가장자리 검출 알고리즘을 사용하여 실시하면, 부화소(sub-pixel) 해상도가 산출된다. 물체가 블록(106)에서 충분히 360도 회전하지 않았다면, 추가의 각도에서 추가의 데이타를 수집하기 위하여 제어는 블록(100)으로 되돌아가 행해진다. 실제로는, 부품은 매우 빠른 속도로 계속 회전되며, 광원은 계속 켜져 있는 상태이고, 전자 장치(22)는 적절히 검출기(11)를 스트로브(strobe)시켜 연속적으로 증가하는 회전 각도에서 데이타를 수집한다. 또한, 본 발명은 모든 데이타 수집이 완료될 때까지 그레이-스케일 값을 저장하고, 그 그림자 화상의 가장자리 위치를 찾아 1조의 꼭지점을 계산하는 것을 가능하게 한다는 것을 이해하게 된다. 회전 및 데이타 수집이 완료되면, 내부 다각형의 꼭지점들은 블록(108)에서 데이타 쌍(θI, rI)을 이용하여 수학식 2 에 따라 계산된다. 이 데이타들은 후속하는 데이타 처리를 위해 블록(110)에서 포맷될 수 있다. 이어서, 예를 들면, 작업자가 부품의 본체 윤곽을 볼 수도 있다.
부품(4)의 양쪽 가장자리가 소정의 각도에서 측정될 수 있는 경우, 회전 및 데이타 수집은 실질적으로 180도 이상에서 수행될 수 있다.
센서(8)로부터의 데이타가 완전히 일치하면, 전술한 수학식 2에 대한 접근 방식은 물체 본체의 복잡한 윤곽을 결정하는 데 충분하다. 불행하게도, 그림자는 볼록체와 완전히 일치하지 않을 수도 있다. 예를 들어, 하나의 그림자는 그것을 다른 그림자에 의해 형성된 본체의 완전히 외부에 놓이게 하는 폭 매개 변수 v를 가질 수 있다. 그러한 그림자가 들어 있을 경우, 전술한 방법들은 의사(擬似)의 오목 다각형을 생성하게 된다.
이 문제에 대한 한 가지 해결 방법은 물체(4) 내부에 있는 것으로 알려진 몇 개의의 점을 내포하는 한편, 센서로부터의 선들로 이루어진 최소의 볼록 다각형을 계산하는 것이다. 일반적으로, 물체의 회전축이 적당한 점이 될 것이다.
상기 논의에서, 빛은 시준되고 평행한 것으로 가정한다. 특히, 광원(7)으로부터 방출되는 광선은 모두 동일한 각도[기구 좌표 프레임에 대하여]이므로, 광선의 각도 θ는 간단하게 퀼 각도 Φ의 음수값과 동등한데, 퀼 각도란 유지하고 있는 퀼 위의 인코더로부터 알려져 있는 값이다. 더욱이, 센서(8)의 CCD 에레이에서의 그림자의 위치는 반경 매개 변수 r과 동일하다. 따라서, 이 두 가지 각도에서 택한 그림자 화상로부터 수학식 2를 즉시 풀기 위한 충분한 정보가 알려진다.
전술한 센서(8)의 대안적인 실시예에 있어서는, 더 소형이고 제작비가 저렴하지만 계산은 좀 더 복잡해지는, 유한 거리에 있는 점광원이 사용된다. 검출기 어레이(11)에 투영되는 그림자와 퀼 각도 Φ, 매개 변수 r 과 θ간에 있는 것은 여전히 일대 일 맵핑(one-to-one mapping)이지만, 광선의 각도[기구 좌표 프레임에 대하여]는 빔의 한 쪽에서 다른 쪽으로 변화하기 때문에 그 변환은 결코 간단하지 않다. 도 5는 유한 거리의 광원에 대한 기하학적 배열을 나타내고 있는데, 광원(150)으로부터 CCD(152)의 평면까지의 광축을 따르는 거리는 S로 표기되고, 회전축(154)을 포함하는 직교 평면까지의 광학축에 따른 거리는 C로 표기되며, 회전축(154)의 화소 투사 위치는 Pc로 표기되고, 물체(4)의 가장자리 그림자의 화소 위치는 Pe로 표기되며, 물체의 가장자리에 스쳐 지나가는 광선의 각도는 θ로 표기되어 있다. 반경 방향 매개 변수 r, 보조 거리 b 역시 도 5에 도시되어 있다. 거리 변수 r은 다음식과 같이 표현될 수 있다.
r = b cos θ
기하학적으로 분석하면, 이것은 다음식과 같이 된다.
그리고 θ는 다음 식으로 계산된다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 방법에 따라 측정된 볼록체를 보여주는 화상이다. 도 6a는 복수 개의 꼭지점에 의해 형성된 윤곽을 나타내고 있다. 도 6b는 후속되는 화상 처리 시스템 또는 디스플레이 시스템에 전송될 수 있는 도 6a의 데이타로부터 얻어지는 이진 화상(binary image)을 보여준다. 본 발명에서는 화상 형성 엘레먼트로서 이차원 어레이(평면 어레이)보다는 바람직하게는 일차원 어레이를 사용하므로, 고해상도가 쉽게 달성되고 비용도 비교적 낮다. 예를 들어, 5000 엘레먼트 선형 어레이는 100 달러 이하로 구입할 수 있으나, 비슷한 해상도[예를 들어, 4096 ×4096]를 제공하는 평면 어레이는 현재 구입 가능한 한계치이면서 그 가격은 10000 달러가 넘는다. 더욱이, 평면 어레이에 요구되는 클록킹 요건은 선형 어레이에 비해 훨씬 복잡하다.
본 발명은 현존하는 픽 앤 플레이스 장치에 사용되는 것과 같은 현존하는 화상 처리 또는 디스플레이 시스템의 기능에 맞도록 변형할 수 있다. 더욱이, 본 발명의 출력 데이타는 픽 앤 플레이스 장치에 사용되는 현존하는 소프트웨어를 비롯한 어떠한 형식의 화상 분석 소프트웨어와도 함께 사용될 수 있다. 더 상세한 화상를 제공하기 위한 디지탈 줌(zoom) 기능도 쉽게 구현될 수 있다.
이상, 본 발명은 양호한 실시예를 참조하여 설명되어 있고, 픽 앤 플레이스 장치를 참조하여 설명되어 있지만, 본 발명은 불투명한 물체의 일차원적인 복수 개의 그림자 화상을 이차원적인 화상으로 단층 촬영식에 의해 재구성하는 방법에 사용될 수 있다. 당업자라면 본 발명의 정신과 범주를 벗어나는 일이 없이 형식 및 세부 사항에 있어서의 변경을 행할 수 있다는 것을 인식하게 될 것이다.

Claims (38)

  1. 물체의 일부분에 대한 윤곽을 표현하는 1조의 꼭지점을 제공하는 방법에 있어서,
    a) 검출기에 그림자 화상을 제공하기 위해 소정의 각도에서 물체의 그림자를 검출기에 투영하는 단계와,
    b) 상기 그림자 화상의 적어도 하나의 가장자리 -상기 그림자 화상의 적어도 하나의 가장자리와 상기 각도는 데이타 쌍을 형성함- 를 검출하는 단계와,
    c) 복수 개의 데이타 쌍이 저장될 때까지 상기 각도를 변화시키며 상기 투영 및 검출 단계를 반복하는 단계와,
    d) 상기 데이타 쌍의 함수에 따라 상기 1조의 꼭지점을 계산하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 일부분에 대한 윤곽을 표현하는 1조의 꼭지점을 제공하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 1조의 꼭지점을 이용하여 상기 물체의 윤곽을 재구성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 물체의 일부분에 대한 윤곽을 표현하는 1조의 꼭지점을 제공하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 물체는 픽 앤 플레이스 장치의 노즐에 의해 착탈이 가능하도록 고정되는 전자 부품이며, 상기 각도의 변화는 상기 노즐에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 물체의 일부분에 대한 윤곽을 표현하는 1조의 꼭지점을 제공하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 두 개의 상기 데이타 쌍 -상기 데이타 쌍들의 각도들은 서로 근사한 값을 가짐- 은 하나의 꼭지점을 완료하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 물체의 일부분에 대한 윤곽을 표현하는 1조의 꼭지점을 제공하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 1조의 꼭지점을 계산하는 단계는 다음의 식,
    (식 중, θI는 그림자의 반폭 rI에 대응하는 각도이고, rI는 그림자의 반폭이며, x 는 꼭지점의 x축 좌표값이고, y는 꼭지점의 x축 좌표값이다)에 의하여 계산되고,
    상기 계산 단계는 N회(여기서, N은 복수 개의 각도를 나타낸다) 반복되며,
    상기 1조의 꼭지점을 이용하여 상기 윤곽을 제공하는 것
    을 특징으로 하는 물체의 일부분에 대한 윤곽을 표현하는 1조의 꼭지점을 제공하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 1조의 꼭지점은 전자 포맷으로 주어지는 것을 특징으로 하는 물체의 일부분에 대한 윤곽을 표현하는 1조의 꼭지점을 제공하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 전자 포맷은 래스터(raster) 화상을 제공하기 위해 사용되는 비디오 포맷인 것을 특징으로 하는 물체의 일부분에 대한 윤곽을 표현하는 1조의 꼭지점을 제공하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 비디오 포맷은 RS-170인 것을 특징으로 하는 물체의 일부분에 대한 윤곽을 표현하는 1조의 꼭지점을 제공하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 그림자를 투영하는 단계는 물체가 인쇄 회로 기판을 향해 이동하는 동안에 수행되는 것을 특징으로 하는 물체의 일부분에 대한 윤곽을 표현하는 1조의 꼭지점을 제공하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 그림자를 투영하는 단계는 물체가 인쇄 회로 기판에 대하여 정지 상태에 있는 동안에 수행되는 것을 특징으로 하는 물체의 일부분에 대한 윤곽을 표현하는 1조의 꼭지점을 제공하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 데이타 쌍은 상기 각도 변화 단계를 수행하기 전에 저장되는 것을 특징으로 하는 물체의 일부분에 대한 윤곽을 표현하는 1조의 꼭지점을 제공하는 방법.
  12. 불투명 물체의 이차원 윤곽을 재구성하는 방법에 있어서,
    a) 물체가 회전하는 동안 상기 불투명 물체의 그림자 -이 그림자는 검출기에 그림자 화상을 형성함- 화상을 검출기에 투영하는 단계와,
    b) 상기 그림자 화상의 적어도 하나의 가장자리를 검출하는 단계와,
    c) 상기 그림자 화상의 적어도 하나의 가장자리와 상기 각도에 의해 형성되는 데이타 쌍을 저장하고 적어도 두 개의 데이타 쌍이 저장될 때까지 상기 투영, 검출 및 저장 단계를 반복하는 단계와,
    d) 상기 적어도 두 개의 데이타 쌍으로부터 1조의 꼭지점을 계산하는 단계와,
    e) 상기 1조의 꼭지점으로부터 물체의 이차원 윤곽을 재구성하는 것을
    특징으로 하는 불투명 물체의 이차원 윤곽을 재구성하는 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 1조의 꼭지점을 계산하는 단계는 다음의 식,
    (식 중, θI는 그림자의 반폭 rI에 대응하는 각도이고, rI는 그림자의 반폭이며, x 는 꼭지점의 x축 좌표값이고, y는 꼭지점의 x축 좌표값이다)에 의하여 계산되고,
    상기 계산 단계는 N회(여기서, N은 복수 개의 각도를 나타낸다) 반복되며,
    상기 1조의 꼭지점을 이용하여 상기 이차원적 윤곽을 제공하는 것
    을 특징으로 하는 불투명 물체의 이차원 윤곽을 재구성하는 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 이차원 윤곽은 전자 포맷으로 주어지는 것을 특징으로 하는 불투명 물체의 이차원 윤곽을 재구성하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 전자 포맷은 래스터(raster) 화상을 제공하기 위해 사용되는 비디오 포맷인 것을 특징으로 하는 불투명 물체의 2차원 윤곽을 재구성하는 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 비디오 포맷은 RS-170인 것을 특징으로 하는 불투명 물체의 이차원 윤곽을 재구성하는 방법.
  17. 제12항에 있어서, 상기 단계 a) 와 단계 b)는 상기 물체가 인쇄 회로 기판을 향해 이동하는 동안에 수행되는 것을 특징으로 하는 불투명 물체의 2차원 윤곽을 재구성하는 방법.
  18. 제12항에 있어서, 상기 투영 단계 a) 내지 저장 단계 c)는 상기 물체가 정지상태에 있는 동안에 수행되는 것을 특징으로 하는 불투명 물체의 이차원 윤곽을 재구성하는 방법.
  19. 제12항에 있어서, 상기 물체는 픽 앤 플레이스 장치의 노즐에 의해 착탈이 가능하도록 고정되는 전자 부품이며, 상기 회전은 상기 노즐에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 불투명 물체의 2차원 윤곽을 재구성하는 방법.
  20. 제12항에 있어서, 두 개의 상기 데이타 쌍 -상기 데이타 쌍들의 각도들은 서로 근사한 값을 가짐- 은 하나의 꼭지점을 완료하는 데 사용되는 것을 특징으로 하는 불투명 물체의 2차원 윤곽을 재구성하는 방법.
  21. 전자 부품을 집어서 배치하는 방법에 있어서,
    a) 상기 부품을 픽업(pick-up)하는 단계와,
    b) 회전축을 중심으로 상기 부품을 소정의 각도로 회전시키는 단계와,
    c) 그림자 화상을 제공하는 검출기에 상기 부품의 그림자를 투영하는 단계와,
    d) 상기 그림자 화상을 분석하여 적어도 하나의 가장자리 위치를 파악하는 단계와,
    e) 상기 적어도 하나의 가장자리와 그에 대응하는 선택 가능한 각도를 포함하는 데이타 쌍을 저장하는 단계와,
    f) 상기 단계 b) 내지 단계 d)를 다수 회에 걸쳐 수행하는 단계와,
    g) 상기 데이타 쌍으로부터 1조의 꼭지점을 계산하는 단계와,
    h) 상기 1조의 꼭지점으로부터 상기 부품의 이차원 윤곽을 재구성하는 단계와,
    i) 기지의 기준으로부터 상기 부품의 배향을 계산하는 단계와,
    j) 상기 단계 i)의 계산된 부품의 배향을 부품의 소망하는 배향과 비교하여 상기 소망하는 배향에 부품을 배치하도록 배향시키기 위해 이동 보정치를 계산하는 단계와,
    k) 상기 이동 보정치의 함수에 따라 인쇄 회로 기판에 상기 부품을 배치하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 부품의 배치 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 그림자를 투영하는 단계는 물체가 인쇄 회로 기판을 향해 이동하는 동안에 수행되는 것을 특징으로 하는 전자 부품의 배치 방법.
  23. 제21항에 있어서, 상기 그림자를 투영하는 단계는 물체가 인쇄 회로 기판에 대해 이동하지 않는 동안에 수행되는 것을 특징으로 하는 전자 부품의 배치 방법.
  24. 제21항에 있어서, 두개의 상기 데이타 쌍은 부품의 하나의 꼭지점을 계산하는 데 사용되고, 상기 각도는 연속적으로 선택 가능한 각도 중에서 취해지는 것을 특징으로 하는 전자 부품의 배치 방법.
  25. 제22항에 있어서, 상기 1조의 꼭지점을 계산하는 단계는 θ및 r(여기서, θI는 그림자의 반폭 rI에 대응하는 각도이고, rI는 그림자의 반폭이다)의 함수로서 계산되는 것을 특징으로 하는 전자 부품의 배치 방법.
  26. 복수 개의 각도를 통과하여 회전이 가능한 불투명 물체의 단면이 재구성되는 윤곽을 재구성하는 데 사용되는 센서 시스템에 있어서,
    하우징과,
    광선을 제공하는 광원과,
    상기 광선에 의해 표면에 투영되는 그림자 화상 -각 그림자 화상은 상기 복수 개의 각도 중 하나와 연관되어 있음- 을 검출하는 검출기와,
    상기 윤곽을 표현하는 1조의 꼭지점을 계산하기 위해 상기 그림자 화상을 수신하는 전자 장치
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  27. 제26항에 있어서, 상기 물체의 주변부에서 상기 광선을 평행하게 하기 위한 시준 광학 장치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  28. 제26항에 있어서, 상기 광선은 상기 물체 주변부에서 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  29. 제26항에 있어서, 상기 광원은 레이저 다이오드인 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  30. 제26항에 있어서, 상기 광원은 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  31. 제26항에 있어서, 상기 광원은 복수 개의 발광 다이오드인 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  32. 제26항에 있어서, 상기 전자 장치는 상기 1조의 꼭지점을 계산하는 데 사용하기 위한 상기 복수 개의 각도를 수신하는 것을 특징으로 하는 센서 시스템.
  33. 부품을 배치하기 위한 픽 앤 플레이스 장치에 있어서,
    상기 부품을 착탈이 가능하도록 유지하면서 복수 개의 각도만큼 회전시키기 위한 헤드와,
    광선을 제공하기 위한 광원과,
    표면에 투영되는 상기 부품의 그림자 화상을 검출하기 위한 검출기와,
    복수 개의 상기 그림자 화상 -각 그림자 화상은 상기 복수 개의 각도중 하나와 연관되어 있음-을 수신하는 프로세서를 포함하고,
    상기 프로세서는 상기 그림자 화상의 가장자리의 위치를 검출하고 상기 복수 개의 그림자 화상과 상기 복수 개의 각도로부터 1조의 꼭지점을 계산하는 것
    을 특징으로 하는 픽 앤 플레이스 장치.
  34. 제33항에 있어서,
    상기 부품의 소망하는 위치와 각도 및 상기 1조의 꼭지점의 함수에 의해 이동 보정치를 계산하기 위한 전자 장치와,
    상기 이동 보정치의 함수에 의해 인쇄 회로 기판 위에 상기 부품을 배치하는 모터 및 관련된 전자 장치
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 픽 앤 플레이스 장치.
  35. 제33항에 있어서, 상기 광선은 상기 물체 주변부에서 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 픽 앤 플레이스 장치.
  36. 제33항에 있어서, 상기 광선은 상기 물체 주변부에서 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 픽 앤 플레이스 장치.
  37. 제34항에 있어서, 상기 프로세서는 상기 모터 및 관련된 전자 장치가 상기 부품을 상기 인쇄 회로 기판으로 이동시키는 동안 상기 1조의 꼭지점을 계산하는 것을 특징으로 하는 픽 앤 플레이스 장치.
  38. 제34항에 있어서, 상기 부품은 상기 프로세서가 상기 1조의 꼭지점을 계산하는 동안 상기 인쇄 회로 기판에 대하여 이동하지 않는 것을 특징으로 하는 픽 앤 플레이스 장치.
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