KR20040053152A - 나쁜 콘트라스팅 배경에 대해 금속 물체들의 컴퓨터 비전인식 - Google Patents

나쁜 콘트라스팅 배경에 대해 금속 물체들의 컴퓨터 비전인식 Download PDF

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Abstract

컴퓨터 비전 시스템의 카메라에 의해 시각화되는 솔더 볼들과 BGA의 기판 사이의 콘트라스트는 나쁜 콘트라스트 상황에서 편광된 광으로 BGA를 비춤으로써 볼들이 은색이고 기판 배경이 흰색이거나 밝은 색일 때 신뢰할 수 있는 인식을 할 수 있게 상당히 개선되며, 그 카메라는 솔더 볼들로부터 반사된 광을 통과시키지 못하지만 기판으로부터 반사된 광을 통과시키도록 배향된 편광 필터를 통해 BGA로부터 반사된 광을 본다.

Description

나쁜 콘트라스팅 배경에 대해 금속 물체들의 컴퓨터 비전 인식{Computer vision recognition of metallic objects against a poorly contrasting background}
전형적인 BGA는 2000년 7월,http://www-3.ibm.com/chips/techlib/techlib.nsf/techdocs/852569B20050FF7785256996005B1D23/$file/bgaguide.pdf에서 얻을 수 있는, IBM 특허 기록, "Ceramic Ball Grid Array Surface Mount Assembly and Rework"에 기재되어 있다.
이러한 공보의 10 페이지에, 흰 세라믹 기판을 사용하는 BGA 패키지들에서, 솔더 볼들과 흰 세라믹 기판 사이의 나쁜 조명 콘트라스트로 비전 시스템을 조정하기가 어려울 수 있으며, 이로 인해 BGA 패키지들과 잘못된 폐기물들을 적절히 인식할 수 없게 됨이 기재되어 있다.
BGA 또는 세라믹 BGA(CBGA)는 SMT(Surface Mount Technology)에서 일반적으로 사용되는 구성 요소이거나 패키지이다. 부분(part)의 바닥은 고융(high melt)의 작은(예들 들어, 직경이 mm분의 1임) 솔더 볼들에 의해 형성되며, 이들 볼들은 그들이 공융 솔더 필렛들(eutectic solder fillets)에 의해 결합되는 세라믹 기판상의 미리 결정된(전형적으로는 직사각형 그리드 어레이) 패턴으로 배열된다. 그 부분은 공융 솔더 페이스트가 도포된 접촉 패드들의 매칭 패턴을 갖는 회로판 또는 카드 상에 놓이게 된다. 그 다음 회로판 또는 카드는 오븐을 통과하여, 솔더 페이스트가 솔더 볼들을 접촉 패드들에 결합시키는 필렛들을 형성하게 한다.
현재, 픽 앤 플레이스 머신(pick and place machine)은 저장 위치 바깥으로, 다른 부분들과 함께, BGA를 집는데 사용되며, 위쪽으로 보는 카메라와 정면 조명을 포함하는 컴퓨터 비전 장비는 BGA를 검사하기 위해 픽 앤 플레이스 머신에 의해 사용되며, BGA가 거부되지 않으면, 회로판 또는 카드의 회로 패드들에 BGA 볼들을 적절히 정렬하여 회로판 또는 카드상에 BGA의 배치를 조종한다. BGA가 하나 이상의 분실한 볼들, 부정확한 볼 간격, 또는 비대칭적인 볼 크기를 갖는 경우, 그 BGA는 거부되어야 한다.
대부분의 BGA들은 어두운 색의 세라믹 바닥과 은색의 금속 볼들을 갖는다. 이 조합은 볼들과 배경간의 우수한 콘트라스트를 제공한다. 몇몇 BGA들은 흰색 또는 매우 밝은 색의 세라믹 배경 위에 은색 또는 금색의 금속 볼들을 갖는다. 이러한 부분들은 현재 컴퓨터 비전 시스템이 BGA를 신뢰성 있게 인식하기 위한 충분한 시각적 콘트라스트를 제공하지 않는다. 특히, 현재의 카메라와 조명을 사용하여흰색 또는 밝은 색의 바닥을 갖는 BGA들 상에서 인식이 행해지면, 비전 시스템은 볼들과 배경간을 구별할 수 없는데, 그 이유는 볼들이 세라믹 배경과 거의 똑같이 밝게 보이기 때문이다.
흰색 세라믹 BGA들의 시각화 및 그 결과의 인식을 향상시키는데 사용된 하나의 공지된 기술은 소위 동축 조명으로 시각화되는 부분을 비추는 단계를 포함하며, 여기서 조명 광은 카메라 렌즈 정면의 빔 스플리터를 통해 도입되며, 그래서 얻어진 조명은 카메라의 렌즈와 동축이다. 이러한 동축 조명의 사용은 잘해야 최저에 가까운 효과가 있는 것으로 판명되었다. 동축 조명이 상당히 비용이 많이 드는 텔레센트릭(telecentric) 카메라 렌즈와 함께 사용되면, 더 높지만, 여전히 표준 이하 레벨의 성공적인 인식이 달성된다.
본 발명은 유전체 또는 비금속의 나쁜 콘트라스팅 배경에 대해 금속 물체들(metallic objects)을 갖는 부분들을 시각화(visualization)하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 특히, 검사를 위해 밝은 색의 세라믹 기판에 의해 지지된 작은 솔더 볼들의 BGA(Ball Grid Array)를 컴퓨터 비전으로 인식하고, 회로판 또는 카드 상에 BGA를 표면 장착하는데 유용하지만, 이에 한정되지 않는다.
도 1은 본 발명에 따른 시각화, 인식 및 배치 장치의 개략적인 정면의 단면도.
도 2는 선 2-2에서 보는, 도 1의 조명 및 랩션(reption) 부분들의 상면도.
본 발명의 목적은 나쁜 콘트라스팅 유전체 배경에 대한 금속 물체들의 종래 기술의 시각화에서의 상술된 결함을 극복하는 것이며, 특히, 흰색 또는 밝은 색의 세라믹 BGA들의 시각화, 및 성공적인 인식율을 향상시키는 것이다.
본 발명의 이런 목적과 다른 목적은 본 발명의 방법과 장치에 의해 만족되며, 본 발명의 방법과 장치에서 시각화되는 부분은 선형으로 편광된 전자기 방사(예들 들어, 편광 필터를 통고한 광)에 의해 비춰지며, 이미지는 상기 부분으로부터 반사되고, 상기 부분을 비추는 방사의 편광 방향에 실질적으로 직교하는 편광 방향을 갖는 방사를 통과시키도록 배향된 편광 필터를 통과한 전자기 방사로 형성된다. 방사가 조명 방사와 동일한 편광 방향을 갖는 금속 물체들 또는 솔더 볼들로부터반사되기 때문에, 금속 물체들로부터 반사된 어떠한 방사도 실질적으로 상기 편광 필터를 통과하여, 형성된 이미지에 나타나지 않는다. 반면에, 비금속 또는 유전체 배경으로부터 반사된 방사가 편광으로 손상(smear)되고, 조명 방사의 편광 방향에 직교하는 편광 방향을 갖는 방사를 포함하기 때문에, 배경으로부터 반사된 일부 방사는 상기 편광 필터를 통과하며, 형성된 이미지에 나타난다. 결과적으로, 부분은 예들 들어, 금속 물체들은 검은색으로 보이는 반면 배경은 흰색이나 밝은 색으로 보이는 바와 같이, 금속 물체들과 배경간에 상당한 콘트라스트를 갖는 형성된 이미지에서 시각화되어, 금속 물체들의 신뢰성있는 컴퓨터 비전 인식을 허용한다.
밝은 색의 비금속 배경에 대해 금속 물체들을 갖는 부분의 시각화를 위한 본 발명에 따른 방법은, 미리 결정된 제 1 방향으로 선형으로 편광된 전자기 방사로 상기 부분을 비추는 단계와, 상기 제 1 방향에 실질적으로 직교인 제 2 방향으로 선형으로 편광된 전자기 방사를 통과시키도록 배향된 선형 편광 필터를 통해 본 상기 부분으로부터 반사된 전자기 방사로 이미지를 형성하는 단계를 포함한다. 이러한 방법은 형성된 이미지에서 금속 물체를 인식하는 단계를 더 포함한다.
유사하게, 밝은 색의 비금속 배경에 대해 금속 물체들을 갖는 부분의 시각화를 위해 본 발명에 따른 장치는, 선형으로 편광된 전자기 방사로 상기 부분을 비추는 하나 이상의 소스들로서, 소스들 중 적어도 하나는 미리 결정된 제 1 방향으로 선형으로 편광된 전자기 방사를 생성하는, 상기 하나 이상의 소스들과, 상기 제 1 방향에 실질적으로 직교인 제 2 방향으로 선형으로 편광된 전자기 방사를 통과시키도록 배향된 선형 편광 필터를 통해 본 상기 부분으로부터 반사된 전자기 방사의이미지를 형성하는 이미지 형성 디바이스를 포함한다. 이러한 장치는 형성된 이미지에서 금속 물체들을 인식하는 컴퓨터 비전 시스템을 더 포함하며, 또한, 부분의 인식된 금속 물체들이 회로판 또는 카드의 금속 패드들과 정렬된 상태로, 상기 부분을 회로판 또는 카드 상에 위치시키기 위한 조작기(manipulator)를 더 포함한다.
본 발명은 또한 상술된 방법에 따라 인식된 부분이 표면 장착되는 회로판 또는 카드를 포함하며, 상기 부분의 인식된 금속 물체들은 회로판 또는 카드의 접촉 패드들과 정렬되어 표면 장착된다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부한 도면과 함께 제공된 다음의 상세한 설명을 판독함으로써 명백하게 될 것이다.
도면의 도 1 및 도 2를 참조하면, 유전체 또는 비금속의 나쁜 콘트라스팅 배경에 대한 금속 물체들(metallic objects)을 갖는 부분들의 시각화(visualization)를 위해 본 발명은, 세라믹 유전 기판(16)에 의해 옮겨진 작은 고융 솔더 볼들(small high melt solder balls)(14)의 일반적인 2차원 BGA(Ball Grid Array)(12)를 인식하는 종래 컴퓨터 비전 시스템(10)과 관련하여 설명된다. BGA(12)는 컴퓨터 비전 시스템(10)의 위쪽으로 보는 카메라(20) 위의 픽 앤 플레이스 머신(pick and place machine)(도시되지 않음)의 그리퍼(gripper) 또는 조작기(manipulator)(18)에 의해 지지된다. 카메라(20)는 전자 이미지를 형성하여 컴퓨터 비전 시스템(10)에 제공하며, 그 시스템은 존재, 크기 및 간격(spacing)에 대해서 BGA(12)의 솔더 볼들(14)을 인식하고 검사하기 위해 전자 이미지를 이용한다. BGA(12)가 검사를 통과하면, 비전 시스템(10)은 회로판 또는 카드(22)의 접촉 패드들(24)과 정렬된 상태로 BGA의 인식된 솔더 볼들(14)과 함께, 조작기(18)에 의해 회로판 또는 카드(22) 상에 BGA(12)의 옮김과 배치를 조종한다. 종래 기술에서와 같이, 회로판 또는 카드(22) 상의 다른 표면 장착 구성 소자들과 BGA(12)의 배치 전에, 접촉 패드들(24)은 공융 솔더 페이스트(eutectic solder paste)로 코팅되고, 회로판 또는 카드(22) 상의 다른 표면 장착 구성 소자들과 BGA(12)의 배치 후에, 솔더 페이스트를 필렛(fillet)들(도시되지 않음)로 용합시키기 위해 다른 구성 소자들과 배치된 BGA를 갖는 카드에 열이 가해지고, 확고하게 BGA가 회로판 또는 카드에 표면 장착된다.
가장 나쁜 콘트라스트 상황에서, 솔더 볼들(14)이 은색이며, 기판(16)이 흰색이거나 밝은 색일 때, 조명 박스(light box)(26)는 일반적으로 카메라(20)에 의한 적절한 시각화와, 솔더 볼들(14)의 비전 시스템(10)에 의한 적절한 인식을 허용하기 위해, 카메라(20) 렌즈(30) 정면의 편광 필터(28)와 관련하여, BGA(12)의 위쪽으로 그리고 내부로 향하는 편광 조명(I)을 제공하는데 사용된다. 조명 박스(26)의 양호한 실시예는 카메라(20)가 편광 필터(28)를 통해 위쪽으로 보는 중앙 개구(32)를 가지며, 푸르스토-피라미드(frusto-pyramid)의 위쪽으로 그리고 바깥쪽으로 입사한 사다리꼴의 면들(34, 36, 38, 40)이 4개 있으며, 각 면은 편광된 광의 개별적인 소스를 형성한다. 면들(34, 36, 38, 40)은 LED 어레이들(52) 위의 각각의 불투명한 유리(milk glass)의 확산판(50) 위의 편광 필터들(40, 42, 44, 46)을 포함한다. 편광 필터(28)를 통과한 선형 편광의 방향이 0°라면, 편광 필터들(40, 44)은 90°방향으로 선형 편광을 통과하도록 배향되고, 편광 필터들(42, 46)은 180°방향으로 선형 편광을 통과하도록 배향된다. 그 결과, 솔더 볼들(14)로부터 반사된 4개의 소스들로부터 아래쪽으로 향하는 광의 구성 성분은 편광 필터(28)에 의해 통과된 편광 방향과 직교인 90°또는 거의 90°의 편광을 갖는다. 그러므로, 솔더 볼들(14)에 의해 반사된 광은 카메라(20) 렌즈(30)에 도달하지 못한다. 반면에, 흰색 또는 밝은 색의 기판(16)으로부터 반사된 아래쪽으로 향하는 광의 구성 성분은 실질적으로 균일하게 편광으로 분포되고, 기판(16)으로부터 아래쪽으로 반사된 상당량의 광이 편광 필터(28)를 통과하고 카메라(20) 렌즈(30)에 도달한다. 그 결과, 카메라(20)에 의해 형성된 전자 이미지에서, 솔더 볼들(14)의 믿을 수 있는 인식을 위해 양호한 콘트라스트가 제공되면, 솔더 볼들(14)은 실질적으로 검은색으로 보이고, 기판(16)은 실질적으로 흰색으로 보인다. 이 콘트라스트 산출 효과는 광택이 있는 금속 물체들로부터 전자기 방사의 반사에서 편광의 보호 대 유전체 물체들로부터 전자기 방사의 반사에서 편광의 오점으로 인해 생기는 것으로 여겨진다.
이제 본 발명의 목적들이 만족되는 것으로 인식된다. 본 발명이 특히 상세히 기술되었지만, 본 발명의 의도된 정신 및 범위 내에서 많은 수정예들이 가능함이 인식된다. 첨부한 청구항들을 해석할 때, 다음을 이해해야 할 것이다.
a) 단어 "포함하는(comprising)"은 청구항에 기재된 요소 또는 단계들 이외의 다른 요소 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.
b) 요소 앞의 단어의 단수 표현("a" 또는 "an")은 이러한 복수의 요소들의 존재를 배제하지 않는다.
c) 청구항의 임의의 참조 부호는 그 범위에 한정되지 않는다.
d) 몇몇 "수단"은 동일한 아이템의 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현된 구조 또는 기능에 의해 나타날 수 있다.

Claims (16)

  1. 밝은 색의 비금속 배경에 대해 금속 물체들을 갖는 부분의 시각화 방법에 있어서,
    미리 결정된 제 1 방향으로 선형으로 편광된 전자기 방사로 상기 부분을 비추는 단계와,
    상기 제 1 방향에 실질적으로 직교인 제 2 방향으로 선형으로 편광된 전자기 방사를 통과시키도록 배향된 선형 편광 필터를 통해 본 상기 부분으로부터 반사된 전자기 방사로 이미지를 형성하는 단계를 포함하며,
    이와 같이 형성된 이미지에서, 상기 금속 물체들과 상기 배경간의 향상된 콘트라스트가 생성되는, 시각화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 형성된 이미지에서 금속 물체들을 인식하는 단계를 더 포함하는, 시각화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전자기 방사는 광이며, 상기 이미지는 카메라(20)에 의해 형성되는, 시각화 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 전자기 방사는 광이며, 상기 이미지는 컴퓨터 비전 시스템(10)의 카메라(20)에 의해 형성되며, 상기 인식 단계는 상기 컴퓨터 비전 시스템(10)에 의해 수행되는, 시각화 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 부분은 볼 그리드 어레이(12)이며, 밝은 색의 상기 배경은 유전체(16)이고, 상기 금속 물체들은 상기 유전체(16)에 의해 지지되는 어레이로 배열된 볼들(14)인, 시각화 방법.
  6. 제 2 항에 있어서, 상기 부분은 볼 그리드 어레이(12)이며, 밝은 색의 상기 배경은 유전체(16)이고, 상기 금속 물체들은 상기 유전체(16)에 의해 지지되는 어레이로 배열된 볼들(14)인, 시각화 방법.
  7. 밝은 색의 비금속 배경에 대해 금속 물체들을 갖는 부분의 시각화를 위한 장치에 있어서,
    선형으로 편광된 전자기 방사로 상기 부분을 비추는 하나 이상의 소스들(24, 36, 38, 40)로서, 상기 소스들 중 적어도 하나는 미리 결정된 제 1 방향으로 선형으로 편광된 전자기 방사를 생성하는, 상기 하나 이상의 소스들과(24, 36, 38, 40),
    상기 제 1 방향에 실질적으로 직교인 제 2 방향으로 선형으로 편광된 전자기 방사를 통과시키도록 배향된 선형 편광 필터(28)를 통해 본 상기 부분으로부터 반사된 전자기 방사로 이미지를 형성하는 이미지 형성 디바이스(20)를 포함하며,
    이와 같이 성된 이미지에서, 상기 금속 물체들과 상기 배경간의 향상된 콘트라스트가 생성되는, 시각화 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 형성된 이미지에서 상기 금속 물체들을 인식하는 컴퓨터 비전 시스템(10)을 더 포함하는, 시각화 장치.
  9. 제 7 항에 있어서, 상기 전자기 방사는 광이며, 상기 이미지 형성 디바이스는 카메라(20)인, 시각화 장치.
  10. 제 8 항에 있어서, 상기 전자기 방사는 광이며, 상기 이미지 형성 디바이스는 상기 컴퓨터 비전 시스템(10)의 카메라(20)인, 시각화 장치.
  11. 제 7 항에 있어서, 상기 부분은 볼 그리드 어레이(12)이며, 밝은 색의 상기 배경은 유전체(16)이고, 상기 금속 물체들은 상기 유전체에 의해 지지되는 어레이로 배열된 볼들(14)인, 시각화 장치.
  12. 제 8 항에 있어서, 상기 부분은 볼 그리드 어레이(12)이며, 밝은 색의 상기 배경은 유전체(16)이고, 상기 금속 물체들은 상기 유전체에 의해 지지되는 어레이로 배열된 볼들(14)인, 시각화 장치.
  13. 제 8 항에 있어서, 상기 부분의 인식된 금속 물체들이 상기 회로판 또는 카드의 금속 패드들과 정렬된 상태로, 상기 부분을 상기 회로판 또는 카드 상에 위치시키기 위한 조작기(manipulator; 18)를 더 포함하는, 시각화 장치.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 볼 그리드 어레이(12)의 인식된 볼들(14)이 회로판 또는 카드(28)의 금속 패드들(24)과 정렬된 상태로, 상기 볼 그리드 어레이를 상기 회로판 또는 카드(24) 상에 위치시키기 위한 조작기(18)를 더 포함하는, 시각화 장치.
  15. 청구항 2의 방법에 따라서 인식된 부분(12)이 표면 장착되는 회로판 또는 카드(22)로서, 이러한 표면 장착은 상기 부분(12)의 인식된 금속 부분들(14)이 상기 회로판 또는 카드(22)의 접촉 패드들(24)과 정렬된 상태로 이루어지는, 회로판 또는 카드.
  16. 청구항 6의 방법에 따라서 인식된 볼 그리드 어레이(12)가 표면 장착되는 회로판 또는 카드(22)로서, 이러한 표면 장착은 상기 볼 그리드 어레이(12)의 인식된 볼들(14)이 상기 회로판 또는 카드(22)의 접촉 패드들(24)과 정렬된 상태로 이루어지는, 회로판 또는 카드.
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