JPH0812050B2 - 基板マーク位置検出方式 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、チップマウンタにセ
ットされたプリント基板等の基板上に形成されたマーク
の位置を正確に検出するための基板マーク位置検出方式
に関する。

【０００２】

【従来の技術】チップマウンタような装置においては、
一般にＸ−Ｙテーブル上にワークとしてのプリント基板
を装着して、その位置を高精度に制御しながらチップ部
品をマウントしていくが、そのためには基板上に基準位
置を示すように形成されたマーク（「基板マーク」と称
する）の位置を精度よく検出する必要がある。

【０００３】そのための基板マーク位置検出方式として
は、基板マークをＴＶカメラやイメージスキャナ等によ
って撮像し、その画像データを２値化した２値画像の重
心位置を計測する方式や、基板マークの画像データと多
数の登録図形（テンプレート）の画像データとのパター
ンマッチングをとって規準位置に対する相対的な位置ず
れ量を求めるテンプレート・マッチング法などが従来採
られていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、２値画
像の重心位置を計測する方式は、照明の具合や像の変化
によつてマークのエッジ付近の像が著しく変化するた
め、精密な位置検出が困難であった。

【０００５】また、従来のテンプレート・マッチング法
では、基板マークの形状や大きさが、予めテンプレート
として登録されているものに規制されるばかりか、規準
位置に対する相対的な位置ずれ量が判るだけであって、
対象とする基板上の基板マークの絶対的な中心位置を検
出（計測）することはできなかった。

【０００６】そのため、基準となる基板が正確に規準位
置にセットされて、その基板マークからテンプレートが
作成されればよいが、その保障はないので、基準となる
基板のセット位置がずれていると、その後の各基板の相
対的な位置ずれ量を検出してそれを修正しても、正規の
位置に修正することができないことになるという問題が
あった。

【０００７】この発明は上記の点に鑑みてなされたもの
であり、基板マークの形状や大きさの自由度を高め、し
かもその絶対的な中心位置を精度よく検出（計測）でき
るようにすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、この発明による第一の基板マーク位置検出方式は、
基板上に形成された点対称形状の基板マークを含む画像
を撮像し、その画像上で上記基板マークの一部又は全部
が入る点対称形状の第１のテンプレートを作成して、そ
の中の一点を第１の基準位置とし、上記第１のテンプレ
ートを１８０°回転させて第２のテンプレートを作成し
て、その上記第１の基準位置が１８０°回転された点を
第２の基準位置とし、これらのデータをそれぞれ登録し
ておく。

【０００９】その後、入力される上記基板マークを含む
撮影画像と第１のテンプレート及び第２のテンプレート
とのマッチングをそれぞれとり、各々マッチングがとれ
た状態での第１の基準位置と第２の基準位置とを結ぶ直
線の中点の座標を上記基板マークの中心位置として検出
する。

【００１０】また、この発明による第二の基板マーク位
置検出方式は、基板上に形成された点対称形状の基板マ
ークを含む画像を撮像した際にその画像上で前記基板マ
ークの一部又は全部が入る点対称形状のウィンドゥを予
め設定し、その中の一点を第１の基準位置として登録し
ておき、その後、上記基板マークを含む画像を撮像して
入力し、上記ウィンドゥ内の画像を１８０°回転させて
テンプレートを作成して、その上記第１の基準位置が１
８０°回転された点を第２の基準位置とし、上記画像と
テンプレートとのマッチングをとった後、第１の基準位
置と第２の基準位置とを結ぶ直線の中点の座標を上記基
板マークの中心位置として検出する。

【００１１】

【作用】この発明によれば、基板上のマーク及びテンプ
レートあるいはウィンドゥの形状を点対称形状とし、そ
のテンプレートあるいはウィンドゥ中の一点を第１の規
準位置とし、上記テンプレートあるいはウィンドゥ内の
画像を１８０°回転させてテンプレートを作成して、上
記第１の規準位置が１８０°回転された点を第２の位置
とし、入力画像と上記各テンプレートとのマッチングを
とり、上記第１，第２規準位置の中点を基板マークの中
心位置とすることにより、テンプレートの中心と基板マ
ークの中心とのオフセットを相殺して、精度よく基板マ
ークの中心位置を検出できる。

【００１２】さらに、第二の基板マーク位置検出方式に
よれば、テンプレートを予め作成して登録しておく必要
がなく、ウィンドゥと第１の規準位置だけを予め決めて
おけば、基板マークの中心位置を検出できる。したがっ
て、オペーレータの作業工数が少なくなり、テンプレー
ト・マッチングをとる回数も半減して処理が速くなり、
メモリの使用容量も少なくて済む。これらの方式によれ
ば、基板マークは点対称形状でありさえすれば、その形
状及び大きさは任意である。

【００１３】

【実施例】以下、この発明の実施例を図面に基づいて具
体的に説明する。図３は、この発明による基板マーク位
置検出方式を実施する基板位置制御システムの概略構成
図である。

【００１４】このシステムは、電子機器用のプリント回
路基板等の基板１を載置するＸ−Ｙテーブル２と、その
図示しないＸ軸モータ及びＹ軸モータを駆動して基板１
の位置を制御する位置制御装置３と、基板１の基準位置
に形成された基板マークＭを含む所定領域を撮像するＴ
Ｖカメラ４と、それによって撮像された画像をデイスプ
レイに表示するＣＲＴ等の表示装置５と、その画像デー
タを処理して基板マークＭの中心位置を検出する画像処
理装置６とによって構成されている。

【００１５】そして、画像処理装置６が基板マークの中
心位置検出データを位置制御装置３へ送り、それによっ
て位置制御装置３が基板マークＭを規準の位置に一致さ
せるように、その規準位置に対するずれ量だけ制御デー
タを補正してＸ−Ｙテーブル２を制御する。基板マーク
Ｍは、基板１の基準位置に例えば銅箔によって点対称形
状に形成され、その上に半田を載せて均一な明るさで撮
像されるようにする。

【００１６】次に、この発明の第１実施例による基板マ
ーク位置検出方式について、図１及び図２と図４も参照
して説明する。図３に示したＸ−Ｙテーブル２上にセッ
トされた基板１上の位置決めの基準とすべき基板マーク
Ｍ（この例では円形のマーク）を含む部分をＴＶカメラ
４によって撮像し、図１に実線で示す基板マークＭの画
像（以下便宜上この画像も「基板マークＭ」と称する）
を含む所定エリアの撮影画像１０を得る。この画像デー
タはＡ／Ｄ変換されて画像処理装置６内の画像メモリに
記憶され、また表示装置５の画面に表示される。

【００１７】そこで、オペレータが、画像処理装置に接
続されたキーボードあるいはポインティングデバイス
(マウス)等を使用して、図１に破線で示すように基板マ
ークＭが一部又は全部（この例では全部）入る点対称形
状（この例では正方形）のエリアを指定し、そのエリア
内の画像を第１のテンプレート１１として設定し、それ
をメモリに登録すると共に、その中の一点（この例では
左上角の点）ａを第１の規準位置とする。

【００１８】次いで図２に示すように、第１のテンプレ
ート１１をその中心に対して１８０°回転させる処理
（合成）を行ない、その画像データを第２のテンプレー
ト１２としてメモリに登録すると共に、第１の規準位置
である点ａが１８０°回転された点ｂを第２の規準位置
とする。

【００１９】そして、実際に基板マークＭの位置を検出
しようとする基板の撮影画像１０と、上述のように登録
された第１，第２のテンプレート１１，１２とのマッチ
ングをそれぞれとるが、最初にテンプレートを作成した
基板に対しては、第１のテンプレート１１とのマッチン
グはとれているので、第２のテンプレート１２とのマッ
チングのみをとればよい。次の基板からは、第１のテン
プレート１１及び第２のテンプレート１２とのマッチン
グをそれぞれとる必要がある。

【００２０】マッチングをとる方法は、従来から行なわ
れているテンプレート・マッチングの方法を用いればよ
く、例えばテンプレートをＸ方向及びＹ方向へ１ピッチ
ずつ移動させて、その都度それに対応するエリアの撮影
画像との相関をとり、最も相関度が高い位置をマッチン
グがとれた位置とすればよい。

【００２１】あるいは、テンプレート及び撮影画像に対
してそれぞれＸ方向とＹ方向の投影（プロジェクショ
ン）データを作成し、その各Ｘ方向の投影データ相互及
びＹ方向の投影データ相互の相関をとり、その各相関値
のピーク位置によってマッチング位置を求めるようにす
れば、相関計算の回数を大幅に減らして、短時間でマッ
チングをとることが可能になる。

【００２２】そして、マッチングがとれた状態では、撮
影画像１０に対して第１のテンプレート１１が図１に破
線で示す位置になり、第２のテンプレート１２が一点鎖
線で示す位置になる。この場合、基板マークＭが点対称
形状であるので、その中心位置（点）ｐに対する第１の
テンプレート１１上の第１の規準位置ａと第２のテンプ
レート１２上の第２の規準位置ｂとの位置関係は、正負
が逆転して距離が等しい。

【００２３】したがって、第１の規準位置ａと第２の規
準位置ｂとを結ぶ直線（図１に細い実線で示す）の中
点、すなわち点ａと点ｂから等距離の点ｐが基板マーク
Ｍの中心位置である。この基板マークＭの中心位置ｐの
座標値（ｘp，ｙp）は、第１の規準位置ａの座標（ｘ
1，ｙ1）及び第２の規準位置ｂの座標（ｘ2，ｙ2）か
ら、次のように簡単に求められる。 ｘp＝（ｘ1＋ｘ2）／２ ｙp＝（ｙ1＋ｙ2）／２

【００２４】図４は、図３に示した画像処理装置６によ
る基板マーク位置を検出するための処理のフローチヤー
トである。この処理は、上述のように第１のテンプレー
トを設定（第１の規準位置ａの決定を含む）し、それを
１８０°回転させて第２のテンプレートを合成（第２の
規準位置ｂの確定を含む）した後、撮影画像を入力して
第１のテンプレート及び第２のテンプレートのマッチン
グを順次とり、そのマッチング状態での第１の規準位置
ａと第２の規準位置ｂの中点の座標値を算出して、基板
マークの中心位置ｐを検出する。

【００２５】この方式によれば、テンプレートの中心と
基板マークの中心とのオフセットを相殺して、精度よく
基板マークの中心位置を検出できる。そして、基板マー
クは点対称形状でありさえすれば、その形状及び大きさ
は任意である。

【００２６】次に、この発明の第２実施例による基板マ
ーク位置検出方式について、図５及び図６と図３を参照
して説明する。この実施例では、前述の第１実施例のよ
うに予め２つのテンプレートを登録せずに、図６のフロ
ーチヤートに示すように、予めウィンドゥの位置と大き
さのみを設定する。

【００２７】すなわち、図５に実線で示すように、基板
マークＭを含む画像を撮像した際にその画像上で基板マ
ークＭの一部又は全部が入る点対称形状（この例では正
方形）のウィンドゥ１３の位置及び大きさを設定し、そ
の中の一点（この例では左上の角の点）ａを第１の基準
位置とする。

【００２８】その後、図３に示したＴＶカメラ４からの
基板マークＭを含む撮影画像を入力し、ウィンドゥ１３
内の画像を１８０°回転させてテンプレート１４を合成
して、その第１の基準位置ａが１８０°回転された点を
第２の基準位置ｂとする。このテンプレート１４は、前
述の実施例において図２に示した第２のテンプレート１
２と同様であるが、予め登録しておく必要はない。

【００２９】次いで、入力画像とテンプレート１４との
マッチングをとって、図５に破線で示すマッチング状態
で、第１の基準位置ａと第２の基準位置ｂとを結ぶ直線
の中点ｐの座標値を算出して、基板マークＭの中心位置
を検出する。

【００３０】この実施例によれば、テンプレートを予め
決めて登録しておく必要がないので、オペレータの操作
が簡単になり、しかも２つのテンプレートの画像データ
を記憶させておくメモリも不要になるので、画像メモリ
の容量が少なくて済み、メモリ資源の節約になる。さら
に、テンプレートと入力画像とのマッチングをとる回数
も１回で済むので検出処理が速くなる。

【００３１】なお、この発明に用いる基板マークの形状
は、円形に限らず点対称形状であればよいので、例えば
図７に示すような楕円，正方形，長方形，菱形，平行四
辺形，正六角形，十字形等種々の形状を任意に使用する
ことができる。同様に、テンプレートあるいはウィンド
ゥの形状も、点対称形状であればどのような形状でも構
わない。

【００３２】また、第１の規準位置ａは、第１のテンプ
レート１１あるいはウィンドゥ１３中の点であればどの
点に決めてもよい。例えばどの角の点でも、外周線上の
どの点でも、あるいは中心点でもよいし、それ以外の任
意の点でもよい。第２の規準位置ｂは、その任意に設定
された第１の規準位置ａを中心点に対して１８０°回転
させた点であればよい。

【００３３】さらに、第１のテンプレート１１あるいは
ウィンドゥ１３内に、撮影画像１０上の基板マークＭが
全部入るようにしたほうがマッチングの精度はよくなる
が、この発明に必須のことではなく、少なくとも基板マ
ークＭの一部が入るようにすればよい。

【００３４】図８は基板マークＭを４辺が内側に湾曲し
た変形菱形にし、ウィンドゥ１３及びテンプレート１４
を基板マークＭが全部入る位置及び大きさの円形にした
例を示し、図９はそのウィンドゥ１３とテンプレート１
４との関係を示す。なお、図８，図９において図５と対
応する部分には同一の符号を付してある。

【００３５】この例では、ウィンドゥ１３の円周上の一
点を第１の規準位置ａとしている。そして、撮影画像１
０を入力し、図９に示すようにこのウィンドゥ１３内の
画像を１８０°回転させてテンプレート１４を合成し、
第１の規準位置ａが１８０°回転された点を第２の規準
位置ｂとする。その後、図８に示すようにテンプレート
１４と撮影画像１０とのマッチングをとれば、やはり第
１の規準位置ａと第２の規準位置ｂとを結ぶ直線の中点
Ｐが基板マークＭの中心位置となる。

【００３６】図１０は基板マークＭを正方形にし、ウィ
ンドゥ１３及びびテンプレート１４を基板マークＭが一
部入る位置及び大きさの円形にした例を示し、図１１は
そのウィンドゥ１３とテンプレート１４との関係を示
す。なお、図１０，図１１においても図５と対応する部
分には同一の符号を付しており、それらの説明は省略す
る。

【００３７】この例では、ウィンドゥ１３の中心（円の
中心）点を第１の規準位置ａとしている。この場合に
も、図１０に示すようにテンプレート１４と撮影画像１
０とのマッチングをとれば、やはり第１の規準位置ａと
第２の規準位置ｂとを結ぶ直線の中点Ｐが基板マークＭ
の中心位置となる。

【００３８】また、ウィンドゥ１３内の画像データを１
８０°回転させてテンプレート１４を合成するのに代え
て、図１２の（Ａ）に示す通常のマッチングのための画
像の走査（左→右，上→下）に対して、（Ｂ）に示すよ
うに逆走査（右→左，下→上）することによっても同様
なテンプレートを得ることができる。

【００３９】さらに、この発明を応用すれば、基板マー
クを点対称でない形状、例えば正三角形にし、第１のテ
ンプレート又はウィンドゥの形状も基板マークと相似形
にすることも可能であり、正三角形の場合には第１のテ
ンプレート又はウィンドゥ内の画像（０°）及び規準位
置をそれぞれ１２０°と２４０°回転させたテンプレー
ト及び規準位置を作り、各テンプレートを撮影画像とマ
ッチングさせると、その各規準位置から当距離の点が基
板マークの中心位置となる。

【００４０】このようにすれば、より精度よく基板マー
クの中心位置を検出することができるが、テンプレート
の画像データを格納する画像メモリの容量が多く必要に
なり、テンプレートのマッチングをとる回数も多くなる
ので処理時間が少し長くなることになる。

【００４１】

【発明の効果】以上説明してきたように、この発明によ
れば基板マークの絶対的な中心位置を精度よく検出でき
るので、チップマウンタ等におけるセットされた基板の
位置調整を精度よく行なうことができる。また、基板マ
ークは点対称形状でありさえすれば、その形状及び大き
さは任意でよいので、その自由度が高くなる。

【００４２】さらに、第二番目の発明によれば、テンプ
レートを予め決めて登録しておく必要がないので、オペ
レータの操作が簡単になり、画像メモリの容量が少なく
て済む。さらに、テンプレートと入力画像とのマッチン
グをとる回数も１回で済むので検出処理が速くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の第１実施例による撮影画像と第１，
第２のテンプレートとのマッチング状態の説明図であ
る。

【図２】同じくその第１のテンプレートと第２のテンプ
レートとの関係を示す説明図である。

【図３】この発明による基板マーク位置検出方式を実施
する基板位置制御システムの概略構成図である。

【図４】図３の画像処理装置６において図１に示した第
１実施例の方式で基板マークの中心位置を検出するため
の処理のフロー図である。

【図５】この発明の第２実施例によるウィンドゥ及び撮
影画像とテンプレートとのマッチング状態の説明図であ
る。

【図６】図３の画像処理装置６において図５に示した第
２実施例の方式で基板マークの中心位置を検出するため
の処理のフロー図である。

【図７】この発明を実施する際の基板マーク及び第１の
テンプレートあるいはウィンドゥの種々の異なる形状例
を示す図である。

【図８】基板マークを４辺が内側に湾曲した変形菱形に
しウィンドゥ及びテンプレートを基板マークが全部入る
位置及び大きさの円形にした例を示す図５と同様な図で
ある。

【図９】同じくそのウィンドゥとテンプレートとの関係
を示す説明図である。

【図１０】基板マークを正方形にしウィンドゥ及びびテ
ンプレートを基板マークが一部入る位置及び大きさの円
形にした例を示す図５と同様な図である。

【図１１】同じくそのウィンドゥとテンプレートとの関
係を示す説明図である。

【図１２】この発明の第２実施例においてウィンドゥ内
の画像データからテンプレートを作成するための他の方
法を示す説明図である。

【符号の説明】

１ 基板 ２ Ｘ−Ｙテーブル ３ 位置制御装置 ４ ＴＶカメラ ５ 表示装置 ６ 画像処理装置 １０ 撮影画像 １１ 第１のテンプレ
ート １２ 第２のテンプレート １３ ウィンドゥ １４ テンプレート Ｍ 基板マーク ａ 第１の規準位置 ｂ 第２の規準位置 ｐ 基板マークの中心位置

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板上に形成された点対称形状の基板マ
   ークを含む画像を撮像し、その画像上で前記基板マーク
   の一部又は全部が入る点対称形状の第１のテンプレート
   を作成して、その中の一点を第１の基準位置とし、前記
   第１のテンプレートを１８０°回転させて第２のテンプ
   レートを作成して、その前記第１の基準位置が１８０°
   回転された点を第２の基準位置とし、これらのデータを
   それぞれ登録しておき、その後、入力される前記基板マ
   ークを含む画像と前記第１のテンプレート及び第２のテ
   ンプレートとのマッチングをそれぞれとり、各々マッチ
   ングがとれた状態での前記第１の基準位置と第２の基準
   位置とを結ぶ直線の中点の座標を前記基板マークの中心
   位置として検出することを特徴とする基板マーク位置検
   出方式。
2. 【請求項２】 基板上に形成された点対称形状の基板マ
   ークを含む画像を撮像した際にその画像上で前記基板マ
   ークの一部又は全部が入る点対称形状のウィンドゥを予
   め設定し、その中の一点を第１の基準位置として登録し
   ておき、その後、前記基板マークを含む画像を撮像して
   入力し、前記ウィンドゥ内の画像を１８０°回転させて
   テンプレートを作成して、その前記第１の基準位置が１
   ８０°回転された点を第２の基準位置とし、前記画像と
   前記テンプレートとのマッチングをとった後、前記第１
   の基準位置と第２の基準位置とを結ぶ直線の中点の座標
   を前記基板マークの中心位置として検出することを特徴
   とする基板マーク位置検出方式。