KR20010033900A - 스테레오 비젼 라인스캔 센서를 갖는 전자 조립 장치 - Google Patents

스테레오 비젼 라인스캔 센서를 갖는 전자 조립 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 전자 조립 장치(50, 340) 및 이의 이미징 시스템(84, 106)이 개시된다. 상기 이미징 시스템(84, 106)은 복수의 시야 각으로부터 객체 형상을 봄으로써 소자(96) 상의 객체의 높이 및 객체 형상의 공면성을 측정하는 라인 스캔 센서를 구비한다.

Description

스테레오 비젼 라인스캔 센서를 갖는 전자 조립 장치{ELECTRONICS ASSEMBLY APPARATUS WITH STEREO VISION LINESCAN SENSOR}
높이와 공면성(coplanarity)을 검출하기 위한 종래 기술의 시스템은 두 개의 개별적인 그룹으로 분류될 수 있다. 즉, 이들 두 개의 그룹은 선형 검출기를 기반으로 하는 것과 선형 검출기를 기반으로 하지 않는 것(예컨대, 시력에 근거한 대형 배치 검출기 시스템)이 있다. 시력에 근거한 대형 배치 검출 시스템은 통상적으로 "온헤드(on-head)" 시스템은 아니다.
온헤드 감지 시스템에서, 소자가 인쇄 회로 기판으로 이송되는 동안, 센서는 상기 소자의 방향 및 상태(예컨대, 공면, 형상의 존재/부재 등)를 감지한다. 온헤드 시스템은 소자를 위치시키는 점에 있어서 우수한 효율을 제공하여 전자 조립 공정에서 높은 수율을 얻을 수 있기 때문에 다른 시스템들 보다 바람직하다. 반면에, "오프헤드(off-head)" 시스템은 검사 시스템이 고정된 채로 소자의 방향 및 상태를 감지하는 센서를 갖는다. "온헤드" 응용에서 센서의 스캐닝 속도를 제한하도록 시력 기반의 대형 배치 검출 시스템은 꽤 큰 크기와 높이를 갖는다.
라인스캔(linescan) 센서 시스템은 선형 검출기를 갖는 것에 특징이 있으며, 소자의 일 부분을 스캔하도록 사용된다. 관련된 전자 장치의 조립은 소자의 일 부분을 다중 스캔하여 관심 있는 소자 영역의 다중 화상을 제공한다. 그러나, 기존의 라인스캔 시스템은 통상적으로 소자를 위치시키는 공정의 속도를 떨어뜨리는 오프헤드 시스템이다. 또한, 이들 시스템의 대부분은 주로 복잡한 광학과 센서로의 등록을 필요로 하는 삼각측량(구조화된 빛을 사용하여 높이를 계산)의 원리에 의존하고 있다.
종래의 기술은 객체의 공면성, 소자 특성 및 방향을 전달하는 데 다양성이 부족한, 조밀한 라인스캔 센서 시스템이고, 상기 시스템은 "온헤드" 또는 "오프헤드" 응용 모두에 사용하기 위해 채택되고 있다. 이상적인 시스템은 서로 다른 형태의 복합 소자의 특성을 검사하고 높은 수율을 내도록 하여 픽엔플레이스 장치, 회선 접합기 및 화상 프린터와 함께 사용되기 쉽도록 채용되었다.
본 발명은 픽엔플레이스(pick and place) 장치와 같은 전자 소자(electronic component)용 이미징 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 선형 검출기 상의 소자의 일부분을 한 라인씩 이미징하며, 소자의 높이(height)의 특성에 대한 정보를 제공하는 이미징 시스템에 관한 것이다.
도 1은 픽엔플레이스 장치의 평면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 위치 헤드의 정면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 일 부분의 위치 헤드의 측면도.
도 4 내지 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 일 부분의 위치 헤드의 후면도 및 2 개의 평면도.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 소자들을 픽엔플레이스하는 방법의 플로우챠트.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 소자 위치의 타이밍도.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 일 부분의 픽엔플레이스 장치를 도식적으로 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 일 부분의 픽엔플레이스 장치의 블록도.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일실시예에 따른 지수 변화 굴절율 렌즈 배열 이미징 시스템의 투시도 및 측면도.
도 12 및 도 13은 스테레오 이미징 시스템을 도시적으로 도시한 도면.
도 14a 및 0도 14b는 X-Y 평면으로 검출기를 도식적으로 도시한 도면.
도 15는 원거리 촛점 이미징 시스템을 도식적으로 도시한 도면.
도 16은 다수의 광선 다발을 이미징하는 원거리 촛점 이미징 시스템을 도식적으로 도시한 도면.
도 17은 다른 원거리 촛점 이미징 시스템을 도식적으로 도시한 도면.
도 18은 다른 광학 시스템을 도식적으로 도시한 도면.
도 19는 다수의 광선 광선 다발을 이미징하는 광학 시스템을 도식적으로 도시한 도면.
도 20은 프리즘을 포함하는 광학 시스템을 도식적으로 도시한 도면.
도 21은 본 발명의 일실시예에 따른 일 부분의 광학 시스템을 도식적으로 Y-Z 평면으로 도시한 도면.
도 22는 본 발명의 일실시예에 따라 검출기를 X-Y 평면으로 도시한 도면.
도 23은 본 발명의 일실시예에 따른 스테레오 비젼 광학 시스템을 도식적으로 도시한 도면.
도 24는 본 발명의 일실시예에 따른 도 22에 도시된 형상을 이미징하는 검출기를 X-Y 평면으로 도시한 도면.
도 25는 본 발명의 일실시예에 따른 센서를 도식적으로 도시한 도면.
도 26은 종래 기술의 배선 땜납의 투시도.
도 27은 본 발명의 일실시예에 따른 배선 땜납의 평면도.
바람직한 실시예의 상세한 설명
본 발명의 방법 및 장치는 본 발명과 함께 사용하는 바람직한 라인스캔 센서를 먼저 설명함으로써 보다 잘 이해할 수 있을 것이다. 이 바람직한 라인스캔 센서의 양호한 실시예에 대하여 완벽하게 논의된 이후에, 본 발명의 높이 센싱 라인스캔 센서에 대한 이론 및 실시예를 설명할 것이다. 본 발명의 방법은 다른 형태의 라인 스캔 센서 또는 라인별로 객체의 이미지를 형성하는 선형 검출기를 갖는 임의의 센서로 실시될 수 있는 것임을 알 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 픽엔플레이스 장치(50)의 평면도이다. 본 발명의 많은 부분이 픽엔플레이스 장치에 대하여 설명될 지라도, 예컨대, 스플릿 겐트리(split gantry) 설계와 같은 형태의 다른 픽엔플레이스 장치의 형태도 본 발명의 일실시예에서 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예가 픽엔플레이스 장치에 대하여 설명될 지라도, 본 발명의 몇몇 실시예에서는 배선 땜납, 스크린 프린터에 구비하는 이미징 시스템을 포함하며, 이는 도 19 및 도 21에 따라 설명될 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 픽-엔-플리이스 장치(50)는 인쇄 회로 기판과 같은 제품을 이송하는 데에 사용되는 이송 기계(52)를 포함한다. 이송 기계(52)는 장착부(54) 및 이송부(56)를 포함한다. 이송 기계(52)는 베이스(58) 위에 놓여져서, 제품이 이송기(56)에 의해서 장착부(54)로 전송되도록 한다. 소자 저장부(60)는 이송 기계(52)의 어느 한 측면에 위치되어 전자 소자들을 공급한다. 소자 저장부(60)는 테이프 피더와 같은 전자 소자를 제공하는 데에 사용되는 적합한 장치일 수 있다.
픽엔플레이스 장치(50)는 베이스(58) 상에 위치한 헤드(62)를 포함할 수 있다. 헤드(62)는 소자 저장부(60)와 장착부(54) 사이에서 이동이 가능하다. 도시된 바와 같이, 헤드 지지대(64)는 레일(66) 위에서 이동 가능하므로, 헤드(62)가 베이스(58) 상에서 Y축 방향으로 이동하도록 한다. Y축 방향으로의 헤드(62)는 모터 시동 신호에 응답하여 모터(70)가 헤드 지지대(64) 중의 하나에 관여하는 볼 스크류(72)를 회전시키면, 헤드 지지대(64)를 옮겨 놓음으로서 Y축 방향으로 이동한다.
또한, 헤드(62)는 레일(68)의 도움을 받아 베이스(58)와 관련하여 X축 방향으로 이동한다. X축 방향으로의 헤드(62)의 이동은 모터 시동 신호에 응답하여 모터(74)가 헤드(62)에 관여하는 볼 스크류(76)를 회전시켜, 헤드 지지대(64)를 옮겨 놓음으로서 X축 방향으로 이동한다.
도시된 바와 같이, 헤드(62)는 몸체(78), 노즐 마운트(80), 노즐(82) 및 센서(84)를 포함한다. 노즐 마운트(80)는 몸체(78) 위에 놓여져 몸체(78) 내의 각각의 노즐(82)에 장착한다. 각 노즐(82)은 Z축 방향(아래/위)으로 이동 가능하며, 적합한 시동 부재, 예컨대, 서보 모터에 의하여 Z축 방향 주위로 회전이 가능하다. 센서(84)는 X축 방향에서 노즐(82)에 대하여 이동하여 노즐(82)에 의해 포획된 소자의 이미지를 획득한다. 센서(84)는 이미지 프로세서(86)와 결합된다. 이미지 프로세서(86)는 노즐(82)에 의해 포획된 소자의 이미지에 기초하여 센서(84)로부터 화상 데이터를 수신한다. 이미지 프로세서(86)는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이 둘을 조합하여 사용하여, 각 노즐(82)에 의해 포획된 각 소자의 각 소자 방향을 계산한다. 이미지 프로세서(86)는 적합한 방향 정보를 제어기(도시되지 않음)로 전송하여 각각의 소자가 제품에 장착되도록 각각의 노즐(82)이 연속적으로 전치 된다. 도 1에서는 다수의 노즐을 도시하고 있지만, 픽엔플레이스 장치는 본 발명의 일실시예를 시행하기 위하여 단일 노즐을 포함해야 한다는 것이 고려되어야 함은 명백하다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 헤드(62)의 정면도이다. 벨트(89)로 볼 스크류(도시되지 않음) 적절하게 연결된 모터(88)를 포함한다. 상기 볼 스크류는 모터(88)에 전류가 흘러 센서(84)가 노즐(82)에 대하여 X축 방향으로 이동하도록 센서(84)에 적합하게 연결된다. 센서(84)는 X축 방향 중 한 쪽에서 스캐닝하는 동안, 노즐(82)에 연결된 이미지 소자에 사용될 수 있다. 이러한 양방향 스캐닝이 사용되는 경우, 이미지 처리 소프트웨어를 제공하여 반대편 방향으로부터 실질적으로 스캐닝된 데이터가 상호 간에 주변이 겹치도록 하는 일을 수정하는 이미지 처리 소프트웨어를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 몇몇 양방향 스캐닝 실시예에서, 센서(84)는 다수의 스캐닝된 라인들을 임시 메모리에 저장하여 이 저장된 라인들을 올바른 순서대로 이미지 처리부로 전송한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 헤드(87)의 측면도이다. 헤드(87)는 노즐(82)과 선형판(92)이 장착되어 있는 판(90)을 포함한다. 센서(84)는 브라킷(94)을 통해 선형판(92)에 연결되어 센서(84)가 노즐(82) 및 소자(96)에 대하여 이동가능하다. 도 4의 화살표(100)에서 알수 있는 바와 같이, 센서(84)는 소자(96)에 대하여 X축 방향으로 이동할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 헤드(87)의 평면도이다. 명확하게 하기 위하여, 4 개의 노즐(82)만을 도 5에 도시되었지만, 하나를 포함하는 소정의 적절한 수의 노즐이 사용될 수 있다. 화살표(97, 98)로 나타내어진 바와 같이, 헤드(87)는 각각의 X축 및 Y축 방향으로 이동이 가능하다. 화살표(100)로 나타내어진 바와 같이, 센서(84)는 선형판(92)에 연결된 센서의 접속점을 통해 노즐(84)에 대하여 X축 방향으로 이동이 가능하다. 센서(84)는 센서(84) 내에 위치한 선형 검출기(도시되지 않음)와 노즐(82)에 의해 지지된 일부분의 소자 간에 조준선이 형성되도록 하는 검출창(102)을 포함한다. 조준선은 바람직하게는 노즐(82)의 축에 수평하다. 픽엔플레이스 장치 내의 각 노즐(82)은 다른 형태의 전자 소자를 픽엔플레이스 하도록 사용될 수 있다. 예컨대, 상기 다른 형태의 전자 소자로는 플립칩, 볼 격자 배열(BGA's), 소형 볼 격자 배열, 쿼드 플렛팩(QFP), 커넥터, 핀 그리드 배열, 듀얼 평형 패키지, 단일 직렬 패키지, 플라스틱 리드 칩 반송자(PLCC), 캐패시터칩 및 저항칩을 포함한다. 또한, 각각의 노즐(82)은 다른 형태의 소자를 픽엔 플레이스하도록 개별적으로 사용될 수 있다. 다른 형태의 소자들은 다른 이미지 해상도를 필요로 할 수 있기 때문에, 바람직하게 본 발명의 실시예에서는 소자 형태에 따라 이미지 해상도를 변경할 수 있도록 하였다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따라 픽엔플레이스 장치에 사용되는 위치 헤드(104)의 평면도이다. 헤드(104)는 헤드(87)와 많은 유사점들을 지니고 있으며, 동일한 소자들이 유사하게 계산된다. 도시된 바와 같이, 헤드(104)는 몸체(7)와 하나 이상의 노즐(82)을 포함한다. 센서(106)는 노즐(82)에 대하여 이동이 가능한데, 이는 센서(106)가 볼 스크류(108)를 통하여 모터에 연결되어 있기 때문이다. 또한, 모터(88)는 볼 스크류(108)의 이동과, X축 방향으로의 센서(106)의 축이동을 나타내는 궤환 신호를 제공하는 인코더(110)를 포함한다. 도 5에 도시된 센서(84)와는 반대로, 센서(106)는 센서(106)의 세로축에 수직인 검출창(112)을 포함한다. 검출창(112)은 센서(106)의 어느 곳에도 위치할 수 있다. 따라서, 센서(106)가 단일 방향에 있는 소자를 스캔하도록 사용되는 경우(예컨대, 오른쪽으로 움직이는 동안), 검출창(112)은 센서(106)의 리딩 엣지(leading edge)(111)에 가깝게 위치하여 소자가 보다 빨리 스캔될 수 있도록 할 수 있다. 센서(106)가 양방향(왼쪽과 오른쪽)에서 스캔하도록 사용되는 경우의 실시예에서 있어서, 바람직하게 검색창(112)은 센서(106)의 중앙에 위치할 것이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 소자들을 제품 상에 픽엔플레이스하는 방법의 플로우챠트이다. 본 명세서를 통하여 본 발명의 방법을 시행하기 위한 순차적인 공정들이 개시된다. 소정의 순서적이며, 순차적인 동작들에 대하여 제2 동작이 시작하기 전에 제1 동작이 시작될 필요가 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 단계(120)에서, n 소자는 헤드(87)와 같은 픽엔플레이스 장치의 헤드에 의하여 들어올려진다. 이어서 단계(122) 및 단계(124)가 시작된다. 따라서, 라인 스캔 카메라는 단계(122)에 나타난 바와 같이, 소자에 대하여 이동하기 시작하며, 헤드는 적합한 위치 또는 제1 소자가 장착될 제품 상의 영역으로 이동한다. 바람직하게, 단계(112) 및 단계(114)는 실질적으로 동시에 수행된다.
단계(130)에서, 카운터(P)는 1과 동일한 값으로 초기화된다. 카운터(P)는 소자 좌표가 계산되는 것을 추적하는 데에 사용될 것이며, 도 7의 나머지 부분들에 대하여 보다 상세하게 설명될 것이다. 단계(130) 이후에, 바람직하게는 단계(126), 단계(128) 및 단계(132)가 수행되기 시작한다. 바람직하게, 다른 단계들 중에서 단계(122), (126), (128) 및 (130)등이 실행되는 한편, 헤드는 소자를 적합한 장소로 수송한다. 상기 단계들이 적어도 부분적으로는 병렬로 수행되는 것을 도시되고 설명되었을 지라도, 상기 단계들은 순차적으로 수행되는 것으로 간주된다.
단계(126)에서, 라인 스캔 카메라는 모든 n 소자들을 지나 소자들에 기초한 비디오 데이터를 수집한다. 단계(128)에서, 균일하지 않은 비디오 데이터를 수정한다. 이러한 균일하지 않은 데이터들은 스캐닝이 수행되는 동안 발생하는 센서 스캔 속도의 변화에 기인한 것일 수 있다.
단계(132)에서, 소자(Cp)에 대한 X, Y 및 θ의 오프셋 조정이 계산된다. 높이 정보는 본 명세서에서 후술하는 본 발명에 따라 계산된다. 높이 정보는 핀, 컬럼 및 리드선의 (도면에서 소자에 적합한) 위치, 소자에 소정의 형상, 예컨대, 볼, 핀, 컬럼, 또는 격자등의 존재 유무, 시험 중인 소자들 간이 리드선으로 연결된 경우 리드선 간의 거리, 또는 공면성이 계산되었는지 등을 추정하는 데에 사용된다. 형상의 높이가 계산되면, 참조 평면에 대한 그 형상의 공면성이 계산될 수 있다. 공면성 계산에서, 참조 평면은 적어도 3개의 형상(통상적으로, 볼, 컬럼, 핀)에 의해서 형성되도록 선택되며, 참조 평면으로부터의 특정 형상의 편차가 계산되고 알리되, 많은 예에서 편차가 평균, 평균 편차, 또는 이와 유사한 것으로 계산되었으나, 편차는 소자가 버려져야 되는지 또는 위치되어야 하는 지의 여부를 판단하기 위하여 임계값과 비교된다.
단계(134)에서, 이 계산된 오프셋 조정은 소자(Cp)에 대한 마지막 소자의 위치 좌표 종단점을 계산하는 데에 사용된다. 소자 오프셋 조정이 계산된 이후에, 카운터(P)는 단계(136)에 나타나는 바와 같이 증가된다. 단계(138)에 도시된 바와 같이, 픽엔플레이스 장치는 증가된 카운터(P)가 단계(120)에서 픽업된 소자의 수를 초과하였는지의 여부를 판단한다. 증가된 카운터가 상기 소장의 수를 초과한 경우, 단계(140)으로 진행하도록 제어되어 오프셋 계산이 정지한다. 그러나, 증가된 카운터가 상기 소자의 수를 넘지 않은 경우면, 단계(132)로 돌아가도록 제어되어 소자(Cp)에 대한 오프셋 조정이 계산된다. 이 루프는 모든 n개의 소자에 대한 오프셋 조정이 계산될 때까지 단계(134)로 계산된 오프셋 조정을 제공하는 단계(132)와 함께 진행된다.
단계(134)이후에, 위치 좌표를 수신하여 소자는 단계(137)에 나타난 바와 같이 위치된다. 단계(139)에서, 픽-엔-프레이스 장치는 Cp가 마지막 소자인지의 여부를 결정한다. 소자(Cp)가 마지막 소자가 아닌 경우에는 단계(124)로 되돌아 가도록 제어되어 헤드가 다음 소자의 근접한 위치 영역으로 움직이기 시작한다. 그러나, 모든 n 개의 소자가 이미 위치된 경우면, 단계(120)으로 되돌아 가도록 제어되며, 추가적인 n 개의 소자가 픽업되어 상기 방법을 반복한다. 바람직하게, 소자를 위치시키는 다수의 방법은 소자 오프셋 조정이 계산되는 동안 발생한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 4개의 노즐을 갖는 픽엔플레이스 장치에 대한 예시적인 스캔 타이밍도이다. 도 8에서의 수직 라인은 특정 시간 간격을 나타낸다. 도시된 바와 같이, 시간(t0)에서 제1 노즐의 스캐닝이 시작한다. 도 8에 도시된 실시예에서, 노즐 스캐닝을 완료하기 위해서는 3배의 기간을 필요로한다. 따라서, t0시에 시작한 노즐 스캐닝은 t3시에 종료될 것이다. 도시된 바와 같이, 제1 노즐에 의하여 잡힌 소자의 부분적인 이미지가 t1시간에 전송되기 시작하는 한편, 제1 노즐이 스캐닝된다. t2에서, 비디오 처리가 시작되는 한편, 그리고, 노즐이 여전히 스캐닝되는 한편으로, 이미지가 여전히 전송된다. t3시에, 제1 노즐의 스캐닝은 완료되고, 제2 노즐의 스캐닝을 시작하는 한편, 제1 노즐에 의해 포획된 소자의 부분적인 이미지는 여전히 전송되고 처리된다. t4동안, 센서가 제1 노즐을 제거함으로써, t6시동안에 제1 소자가 위치되도록 하는 일이 수행된다. 도시된 바와 같이, 제1 소자는 위치되는 한편, 제2 소자의 부분 이미지가 전송되어 처리된다. 당업자라면 임시적으로 스캐닝 전송, 처리 및 위치시키는 다양한 단계가 몇몇 확장 방안에서 일치할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 도 8의 설명이 비디오 데이터 창이 순차적인 순서로 처리되었을 지라도, 이러한 표현 방법은 명백하게 하기 위하여 제공되으며, 이는 몇몇 실시예에서 조립 수율을 향상시키는 순서로 비디오 창을 처리하는 것에 잇점이 있기 때문이다. 상기 처리 순서는 이미지 수집 순서, 위치 배열, 처리 시간, 이어지는 영역 간의 이송 시간에 기초한다. 따라서, 소자 이미지들은 헤드에 의해 픽업된 소자들의 순서와는 다른 순서로 처리될 수 있음은 명백하게 고려된다.
도 9는 센서(106)가 소자(96)의 일 부분을 스캐닝할때 소자의 2차원 이미지를 발생시키는 용도로 사용되는 센서(106)를 도식적으로 도시한 도면이다. 센서(106)는 볼 스크류(108)를 통하여 모터(88)에 기능적으로 연결되어 있다. 모터(88)는 볼 스크류(108)의 회전 이동과 X축을 따라 센서(106)의 축 이동을 나타내는 인코더(110)와 기능적으로 연결된다. 선형 유리 저울 형태의 인코더는 인코더(110)로 대체될 수 있다.
센서(106)는 센서 전자 장치(152)에 연결된 선형 검출기(150)를 포함한다. 바람직하게 선형 검출기(150)는 라인 내에 배열된 다수의 광 인자(화소들)를 포함하는 전하 결합 장치(CCD)이다. 바람직하게 각 화소의 크기는 대략 14μ2이다. 다른 형태의 선형 검출기가 본 발명에 사용될 수도 있지만, 검출기(150)는 온타리오주 워터루의 달사(DALSA) 주식회사에서 제조된 모델 번호, IL-CC-2048이 바람직하다. 선형 검출기(150)는 이미징 광학 장치(156) 및 검출창(158)을 통하여 리드선(154)이 일부분에 광학적으로 연결된다. 이미징 광학 장치(156)는 렌즈 시스템(160) 및 부분 거울(162)을 포함할 수 있다.
또한, 바람직하게 센서(106)는 하나 이상의 조명을 포함한다. 도 9의 실시예는 암역 조명(darkfield illuminator)(164), 확산 조명(diffuse illuminator)(166), 명역 조명(brightfield illuminator)(168) 및 후광 조명(backlight illuminator)(169)을 포함한다. 본 실시예에서 사용된 바와 같이, 암역 조명은 높은 입사각에서 소자에 영향을 미치는 평균 조도로 의도되었다. 본 실시예에서 사용된 바와 같이, 명역 조명은 실질적인 제로 입사각에서 소자에 영향을 미치는 평균 조도로 의도되었다. 따라서, 명역 조명은 반사 또는 렌즈를 통한 조명으로 간주될 수도 있다. 본 명세서에 사용된 용어 그대로, 센서에 대하여 소자의 후면 위치로부터 발생된 평균 조도로 의도되었다. 이들 4 개의 유형의 조명의 조합은 본 발명의 센서에 증강된 검사 능력을 제공하는 데에 유용하며, 이는 조명 형태 및 이들이 다양한 조합이 더 높은 해상도는 갖는 인지된 특징을 갖도록 한다.
동작 중에, 센서(106)는 소자(96)에 대하여 X축 방향을 따라 이동한다. 동작 중에, 센서(106)는 일 부분 소자의 개별 선형 이미지 또는 부분 이미지를 획득한다. 다수의 선형 이미지를 저장하며, 개별 이미지들을 인코더에 의해 제공된 센서 위치 정보와 코리레이션함으로써, 소자(96)의 이미지가 생성될 수 있다.
소정의 암역 조명(164)으로부터의 광 발산, 확산 조명(166) 또는 영역 또는 명역 조명(168)은 검출창(158)에 가까운 일부분의 소자에 의하여 반사된다. 또한, 조명으로부터의 후광 조명이 사용될 수 있으며, 여기서 조명은 소스(171)로부터 방사되어 확산기(173)를 통과하여 소자를 후광한다. 반사된 조명은 부분 거울(156)에 의하여 렌즈 시스템(160)을 통해 재지향되어, 선형 검출기(150)에 집중된다. 선형 검출기의 각 개별적인 화소들은 통합 기간 동안에 화소에 입사된 조명의 합을 나타낸다.
렌즈 시스템(160)은 객체 라인을 선형 검출기(150)에 집중시킬 수 있는 적합한 광학 장치일 수 있다. 따라서, 렌즈 시스템(160)은 굴절 렌즈 시스템 또는 회절 렌즈 시스템일 수 있다. 이러한 굴절 렌즈 시스템은 바람직하게는 뉴저지 주의 섬머셋(Somerset NJ)에 있는 NSG 아메리카 주식회사에서 사용하는 굴절율(GRIN) 렌즈 배열 또는 통상적인 굴절율 배열 시스템을 포함한다. 회절 렌즈 시스템은 홀로그래픽 렌즈 배열을 포함할 수 있다.
센서(106)는 호스트(172)의 센서 제어기(170)에 연결된다. 센서 제어기(170)는 프레임 버퍼에 있는 각각의 개별적인 이미지 라인을 수신하여 저장할 수 있으며, 적합한 신호를 센서(106)에 제공하여 소정의 조명(164, 166, 168, 169)의 밀도를 제어한다. 호스트(172)는 인코더(110)에 접속되어 있기 때문에, 센서 제어기(170)는 X축을 따라 센서의 위치에 따라 또는 X축을 따라 센서(106)의 스캔 속도에 따라 소정의 조명에 조명 밀도 신호를 제공할 수 있다. 또한, 호스트(172)는 모터(88)에 연결된 동작 제어기(174), 노즐 모터(176) 및 노즐 인코더(도시되지 않음)를 포함한다. 따라서, 호스트(172)는 센서(106)가 소자(96)에 대하여 X축 방향으로 이동할 때, 선형 검출기(150)로부터 소자의 이미지를 획득한다. 호스트(172)는 적합한 소프트웨어, 하드웨어 및 이들 양자를 통하여 사용되어 X축, Y축 및 θ의 방향으로 소자(96)의 현재 지향 방향을 계산해 낸다. 계산된 지향 방향에 근거하여, 호스트(172)는 동작 제어기(174)가 적합한 동작 명령을 모터(70, 74)(도1에 도시됨)로 전송하도록 하며, 노즐 모터(176)가 노즐(82)로 하여금 원하는 소자 위치 및 제품 상의 지향 방향으로 소자(96)를 위치시키도록 한다. 동작 제어기(174)는 스캔 속도를 변경하는 용도로 사용된다.
도 10은 본 발명에 따른 높이 감지 센서의 일 실시예의 시스템 블록도이며, 헤드(700)에 사용되는 단축 모터 드라이버를 제공하는 센서 동작 시스템(702)에 기계적으로 연결된 센서 헤드(700)를 도시한다. 바람직하게, 상기 시스템은 "온헤드"이며, 이는 센서 헤드(700)가 소자 헤드(708)에 따란 동작하기 때문이다. 시스템 레벨을 기초로 하여 센서 헤드(700), 센서 동작 시스템(702), 호스트(706) 및 소자 헤드(708)가 근접한 제어 루프(709)(도시되지 않음)를 형성한다. 제어 루프(709)에서, 호스트 프로세서(712)는 원하는 위치 신호를 소자 헤드 모터 드라이버(724)로 전송한다. 시스템(724)은 소자 헤드(708)를 계획된 위치로 이동시키기 시작한다. 다음으로 센서 헤드(700)와 센서 모터 시스템(702)의 조합은 소자를 스캔하여 스캔하는 동안에 소자의 부분적인 이미지를 제공하며, 비디오 구성기(714)는 다수의 부분적인 이미지들을 조립하여 1, 2, 3, 또는 그 이상의 소자의 조립된 이미지를 형성하여 소자의 x, y 및 θ지향 방향, 소정의 형상의 높이 및 선택적으로 공면성을 계산하기 위하여 비디오 프로세서(714)가 조립된 이미지를 처리한다. 높이의 계산은 두 개의 조립된 이미지를 사용한다. X, Y 및 θ는 단일 수직 입사 조합 이미지를 사용하여 계산한다. 또한, X, Y, θ는 두 개의 각을 갖는 조합된 이미지로부터 계산될 수 있다. 비디오 프로세서(728)는 방향 지향 정보를 원하는 지향 방향과 현재의 지향 방향의 함수로서의 코리레이션 신호를 계산하여 픽엔플레이스 장치 내의 호스트 프로세서(728)로 전송한다. 이 코리레이션 신호는 소자를 적절히 지향시키고 위치시키도록 위치 헤드(708)로 제공된다. 픽엔플레이스 장치(706) 내의 호스트 프로세서(712)는 원하는 위치를 버스(720, 710)를 통하여 소자 헤드(708)로 전송한다.
비디오 구성기(714)는 버스(718)를 통해 센서 헤드(700) 내의 검출기 판독부(716)로부터 출력을 수신한다. 바람직하게, 비디오 구성기(714)의 기능은 프로세서에서 보다는 개별적인 전자칩에서 수행되지만, 최소한의 기능성이 요구되는 경우, 이들 기능은 동일한 소자에서 실현될 수 있다. 비디오 구성기(714)는 수신한 부분적인 이미지를 수집하여 부분적인 이미지를 선택적으로 조립된 제1, 제2 및 제 3 이미지로 조립한다. 또한, 비디오 구성기(714)는 조립된 이미지의 특정 영역(예컨대, 코너)의 윈도우잉(windowing)을 형성하여 특정 영역을 확대하여 보여주며 또한, 조립된 이미지의 비균일 수정을 제공하는데, 여기서, 이미지의 치수들 중의 어느 하나는 시간 또는 공간에서 부분적인 이미지들이 균일하지 않게 위치하여 있기 때문에, 조립된 이미지의 다른 치수에 대하여 치수에 맞지 않게 수정된다.
내부 버스(720)는 비디오 구성기(714), 프로세서(712), 작동 인터페이스 및 디스플레이(722), 위치 헤드 동작 제어 시스템(724) 및 비디오 프로세서(728)를 연결한다. 또한, 프로세서(712)는 소자에 대한 원하는 위치를 위치 헤드 동작 시스템(724)에 제공하는 것에 덧붙여, 픽-엑-플레이스 장치(706)의 적절한 동작에 대한 다수의 타이밍 신호 제공한다. 예컨대, 픽엔플레이스 장치가 하나 이상의 소자 헤드를 갖는 경우, 호스트 프로세서는 다수의 소자 헤드 간에 그리고, 센서와 노즐 간에 충돌을 방지하기 위한 적합한 충돌 회피 기능성을 포함한다. 동작 인터페이스 및 디스플레이(722)는 픽엔플레이스 장치의 오퍼레이터를 픽엔플레이스 장치의 모든 작동 및 진단에 허가할 뿐만 아니라, 프로그램 특정 운동과 스캔과 관련된 타이밍에도 인가한다. 또한, 조립된 이미지의 비디오 디스플레이는 오퍼레이터에 대하여 디스플레이된다. 위치 헤드 동작 제어 시스템(724)은 이러한 동작을 타이밍하기 위한 그리고, 호스트 프로세서(712)로부터의 전자 디지털 신호를 일반적으로 x, y, z 및 θ모터들을 구동하는 데에 필요한 아날로그 신호로 재구성하기 위한 제어 장치(726)뿐만 아니라, 소자 헤드(708)를 x, y, z 및 θ방향으로 이동시키기 위한 x, y, z 및 θ모터의 집합을 포함한다. x, y, z 및 θ인코더의 뱅크는 소자 헤드(708)의 위치를 부호화하여 이들 신호를 호스트 프로세서(712)로 제공한다.
비디오 프로세서(728)은 인텔 팬티엄 프로세서와 같은 마이크로 프로세서일 수 있다. 이는 호스트 프로세서(712)를 적합한 장소에 인가하는 데에 필요한 기초적인 x, y, z 및 θ의 방향 정보를 소자에 제공하기 때문에, 바람직하게 이는 본 발명의 모든 실시예에 적용된다. 프로세서(728)는 각 이미지가 그레이 스케일의 화소 값을 포함하는 조립된 2 개의 이미지를 수신하여 선택된 형상의 높이를 계산한다. 형상의 높이가 프로세서(728)에서 계산되면, 바람직하게 컴퓨터(728)는 적어도 3 개의 점을 선택함으로써, 형상의 공면성을 계산하여 평면을 정하고, 예컨대, 최소 제곱법과 같은 주지의 방법을 사용하여 계산된 평면으로부터 어느 정도의 높이의 형상 편이가 발생하였는지를 측정한다. 복수의 점의 공면성은 통상적으로 각각의 지점과 참조 평면 간의 최대 편차로 계산된다. 공면성이 계산되면, 소자의 특성을 측정하는 것은 절대 표준 측정 함수(예컨대, 임계치, 공차)로서 제공될 수 있다.
높이 측정은 톰스톤(tombstone) 측정에 유용하다. 톰스토닝은 바람직하지 않은 상태이며, 이 상태에서 소자는 장착 표면 반대쪽의 다른 표면에 의해 픽업된다. 톰스토닝의 일예로는 캐퍼시터 칩이 상기 방법으로 픽업되어 부분적으로 노즐로 확장되는 경우를 들수있다. 상기 픽엔플레이스 장치가 톰스톤 소자를 장착하기 위한 올바른 지향 방향을 수정할 없기 때문에, 이러한 상태는 바람직하지 않다. 톰스톤 검출은 주지하는 노즐의 높이에 대하여 소자의 높이를 측정하는 데에 효과적이다.
검출기(704)로부터의 비디오 데이터는 두 가지 방법 중 어느 하나에 의하여 샘플링될 수 있다. 첫번째 방법은 검출 데이터를 모터/인코더(734)로부터의 인코더 출력에서의 인코더 위치 함수로 샘플링하는 것이다. 두 번째 방법은 검출 데이터를 조명 제어 장치(730) 내의 자유 동작 클럭으로부터의 시간의 함수로 샘플링하는 것이다.
바람직하게 조명(732)은 센서 헤드(700)에 존재하며, 조명 제어 장치(730)는 조명(732)의 동작을 제어하여 암역 조명, 확산 조명원, 명역 조명 또는 후광 조명의 조합 또는 이들 중 어느 하나로부터 조명을 제공한다.
마지막으로, 센서 동작 시스템(702) 내의 제어 장치(736)는 타이밍 및 위치 명령을 헤드(700)에 제공한다. 제어 루프는 제어 장치(736)에 의해 형성되며, 이 제어 장치(736)는 원하는 위치를 나타내는 명령을 헤드(700) 및 모터/인코더(734)로 전송한다. 그러나, 라인 스캔 센서는 소자를 위치시키는 데에 필요한 시간 보다 빨리 스캔해야 하기 때문에, 이 제어 루프의 상기 시간 상수는 제어 루프(709)의 시간 상수보다 작아야만 한다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 일실시예에 따른 렌즈 시스템(160)을 도식적으로 도시한 도면이다. 도 11a 및 도 11b에 도시된 상기 시스템은 굴절율(GRIN) 배열 렌즈를 포함한다. 굴절율 렌즈는 굴절율이 완만하지만, 상수는 아니고, 위치 및 이의 결과로서 광선 경로가 만곡된 함수를 갖는 광 소자이다. 이는 또한 경사 렌즈(graded index lens)로도 알려져 있다. 굴절율 렌즈(270)의 광선 만곡 특성은 도 11에 도시되며, 여기서, 객체 라인(261)으로부터 방사하는 광선이 굴절율 렌즈(270)로 입사하여 나타나는 바와 같이 만곡하기 시작한다. 굴절율 렌즈(270)로 부터 나오는 광선은 선형 검출기(150) 상에 수렴하며, 집중된다. 굴절율 렌즈 배열은 본 발명의 일실시예에 따른 이미징 시스템에 대하여 크고 밀집된 시야를 제공한다. 굴절율 렌즈(270)가 렌즈 배열의 실시예로서 도시되었지만, 선형 검출기 상에 객체 라인(261)을 집중시킬 수 있는 소정의 적합한 광학 소자가 사용될 수 있다. 굴절율 렌즈 배열을 갖는 본 발명의 밀집 특성은 본 발명의 픽엔플레이스 장치가 감소된 노즐 "z" 스트로크를 갖도록 한다. 감소된 노즐 "z" 스트로크는 소자를 빠르게 위치시키는 데에 있어서 필수적이며, 매시간 이후, 소자는 위치되고 노즐은 소자를 위치시키도록 스캐닝하여 대략 동일한 위치까지 낮추어지는 센서를 제거하기 위하여 올려져야만 한다.
본 발명의 실시예에서의 높이 계산은 동일한 형상을 다른 시야 각도에서의 두개의 관점이 형상 높이를 계산하기 위한 충분한 정보를 제공한다는 아이디어를 전제로 하고 있다. 이 두 관점에서의 객체의 상대적인 전치는 객체의 높이와 직접적인 관계가 있다. 이는 도 12 내지 도 14b를 참조하여 보다 상세하게 설명될 것이다.
도 12에서, 객체(502)는 각각의 렌즈(504, 504')에 의하여 각각의 선형 검출기(508, 508') 상에 이미징된다. 각 선형 검출기(508, 508') 상의 이미지의 위치는 각각의 주광선(506, 506')에 의하여 결정된다. 각 주광선은 Z축에 대하여 각각및의 각도를 생성한다. 도 13에서, 객체(510)는 도 12의 객체(502)보다 실질적으로 더 큰 높이로 도시되어 있다. 주광선(512, 512')은 검출기(508, 508') 상에서 각각의 객체(510)의 이미지 위치를 결정한다.
도 14a는 X-Y 평면 상에 있는 검출기(508, 508')를 도시한 도면이다. 객체(502)의 이미지는 514 및 514'로 나타낸다. 객체(510)는 객체(502)보다 더 큰 높이를 가지므로, 객체(510)의 이미지(516, 516')는 객체(502)의 이미지(514, 514') 보다 더 멀리 떨어져 있다. 스테레오 비젼 응용에서 형상 이미지의 분리는 가시적인 객체의 높이와 직접적인 연관이 있다. 따라서, 비젼 처리 시스템은 바람직하게 각 조립된 이미지에서의 소정의 형태를 위치시키고, 두 개의 조립된 이미지 간에 분리 거리를 계산하기 위한 코리레이션 계산을 수행한다. 이는 형상 위치 계산을 사용하는 다수의 다른 방법이 있음을 그리고, 상기 방법은 분명히 예상되었음을 당업자라면 충분히 이해할 것이다. 제조 내구성에 기인하여, 이미지 분리 함수로서의 높이는 스테레오 비젼 센서가 조립된 이후에 측정되어야만 한다.
상기 설명에서의 관점에서, 본 발명의 몇몇 실시예는 나머지 형상에 대하여 설명될 것이다.
도 15는 원거리 촛점 이미징 시스템이다. 객체(534)는 주지하는 광학 법칙에 따라 렌즈(528, 530)를 통해 선형 검출기 배열(532) 상에 이미징된다. 렌즈(528, 530)는 단순한 렌즈로 도시되었지만, 실시에 있어서 각 렌즈(528, 530)는 복잡한 광학 시스템일 수 있다. 주 광선(520, 522, 524)은 선형 검출기(532) 상에 이미징된 객체(534) 상의 3 개의 지점(562, 564, 566)을 나타낸다. 지점(562, 564, 566)은 지점(572, 574, 576) 상에 각각 결상된다. 이미징 시스템은 원거리 촛점이므로, 주광선(520, 522, 524)은 각각에 대하여 평행하다. 또한, 정의에 따라, 주광선(520, 522, 524)은 구경 개구부(526)의 중앙을 통과하여 이동한다. 또한, 주광선(520, 522, 524)은 객체 표면(534)에 대하여 직각이다. 주광선(522)은 광 대칭축(560)을 관통하는 라인을 따라 놓여진다. 도 16은 도시된 광다발(536, 538, 540)이 부가된 것을 제외하고는 도 15와 동일하다. 상기 광다발은 구경 개구부(526)를 채우며, 도시된 객체 지점에 대한 이미징 시스템에 따라 수집된 에너지의 최대 원추각을 정의한다. 예컨대, 객체 지점(562)으로부터 광다발(540) 내에서 발광된 빛만이 선형 검출기 배열(532) 상의 지점(572)에 이미징된다. 이는 구경 개구부(526)가 객체 지점(562)으로부터 발광되어 광다발(540)의 밖으로 벗어나는 모든 광선을 막아내기 때문이다. 명백하게 할 목적으로 주광선만이 나머지 형상 내에 도시될 것이지만, 구경 개구부를 채우는 각 주광선을 둘러쌓고 있는 한정된 광선의 다발이 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한, 정의에 따르면, 객체 상의 소정의 지점에서의 주 광선이 검출기 배열의 평면과 교차하는 경우, 그 지점에 대한 이미지 위치를 정의한다.
도 17에 있어서, 구경 개구부(546)는 도 16에 도시된 구경 개구부(526)의 전치에 대하여 수직적으로 위치하여 있다. 주광선(541, 542, 544)은 서로에 대하여 수평하며, 광축(560)에 대하여의 각도를 이루게 된다. 따라서, 상기 시스템은 원거리 촛점으로 간주될 수 있다. 도 15 및 도 16에서와 같이, 객체 지점(562, 564, 566)은 각각의 지점(572, 574, 576)에 대하여 정렬된다. 수직적으로 구경 개구부를 전치시키는 것은각으로부터 객체를 볼수 있는 효과가 있다.
도 18은 구경 개구부(548)를 더 전치시킨 것을 제외하고는 도 17에서의 시스템과 동일한 광학 시스템을 도시한다. 구경 개구부(548)의 중앙을 관통하는 주광선(550, 552, 554)은 광축에 대하여 β의 각도를 이루며, β의 각도로 객체(534)를 보는 효과를 갖는다. 상기 시스템은 두개의 다른 각도에서 보기 때문에 도 12 및 도 13에 도시된 스테레오 광학 시스템과 유사하다. 두 시스템 간의 중요한 차이는 도 18이 동일한 선형 검출기 상에 투영된 스테레오 이미지를 도시하는 반면에, 도 12 및 도 13에서 스테레오 이미지는 개별적인 선형 검출기 배열(508, 508') 상에 형성된다는 것이다.
도 19는 도 16에 도시된 구경 개구부(526)가 더해진 것을 제외하고는 도 18의 광학 시스템과 동일하다. 도 19에 도시된 광학 시스템은 구경 개구부(526)와 직각을 이루고 있는 객체를 본다. 또한, 이 광학 시스템은 각각의 구경 개구부(546, 548)와와 β의 각도로부터 객체(534)를 본다. 이들 3 개의 관점은 모두 검출기(532)와 일치하고 있다. 이들 상태는 객체(534)가 평면인 한은 수용 가능하다. 그러나, 높이를 갖는 객체(534) 상에 형상이 존재하는 경우, 이들 3 개의 관점은 선형 검출기(532) 상에서 완벽하게 일치하 지는 않는다. 스테레오 시각 효과로 인하여 각각 다른 관점에 있는 형상들 간의 거리는 형상의 높이에 따라 영향을 받는다. 객체(534)가 각기 다른 높이를 갖는 많은 형상들을 포함하는 경우, 이 이미지는 흐릿하며, 혼동이 되는 이미지가 될 것이다. 형상의 높이를 측정하는 데에 스테레오 시각 효과를 이용하기 위하여, 도 19에 도시된 실시예는 3 개의 선형 검출기 상에 3 개의 관점을 분리하는 데에 사용될 수 있다. 도 19에 도시된 3 개의 관점을 분리하기 위하여 도 20을 X-Y 평면이라고 간주하였다. 도 20에서 프리즘 소자(580)는 구경 개구부(546) 바로 뒤에 놓여있다. 프리즘 소자(580)가 없는 경우, 주광선(584)은 구경 개구부(546)를 통과한 이후에 점선 경로(582)를 따라 이동할 것이다. 프리즘 소자(580)는 주광선(584)을 약간 상향 각도로 평향시킨다. 주광선(584)은 점선(582) 위로 거리(Δ)만큼 떨어져 이미지 평면과 교차한다. 객체(534)의 3 개의 관점은 하나의 프리즘을 구경 개구부(546) 뒤에 위치시킴으로써, 3 개의 선형 검출기로 분리될 수 있으며, 이 프리즘은 이를 통과하는 광선 다발을 하향 각으로 편향시켜 평면 수평부를 구경 개구부(586) 후면의 블록에 위치시킨다. 평면 수평부는 3 개의 관점들 간에 유사한 광로를 유지하는 데에 사용된다.
도 22 및 도 23은 본 발명에 따른 스테레오 시각 시스템을 도시한다. 센서(590) 내의 선형 검출기(592)는 각도 β에서 보여지는 형상(602)의 이미지를 수신한다. 또한, 선형 검출기(596)는 각도에서 보여지는 형상(602)의 이미지를 수신한다. 선형 검출기 배열(594)은 형상(602)에 직각인 방향에서 보여지는 형상(602)의 이미지를 수신한다.
도 24는 검출기(590)와 형상(602)의 3 개의 이미지를 X-Y 평면도로 도시하였다. 이들 이미지는 610, 612 및 614로 각각 라벨 붙여진다. 이미지(610, 612, 614)는 서로에 대하여 Y축 방향으로 전치된다. 이 전치는 형상의 높이와 직접적으로 연관이 있다. 시간 처리 시스템(도시되지 않음)은 이미지(610, 612, 614)에 기초하여 조립된 이미지 내에서 형상의 위치를 측정하여 형상(602)의 높이 및 위치를 계산한다. 각 이미지(610, 612, 614)들은 바람직하게는 조립된 이미지를 생성하는 용도로 사용된다. 이 조립된 이미지들은 조립된 이미지 내의 형상(602)의 위치의 차이가 형상(602)의 높이와 연관이 있을 수 있는지 비교된다.
바람직하게, 조립된 이미지를 사용함으로써, 이 시각 처리 시스템은 각 형상 이미지의 높이를 계산하기 위하여 각 형상 이미지의 상대적인 전치를 계산한다. 형상의 높이 및 위치를 계산하기 위해 2 개의 객체의 관점만이 필요하다는 것이 고려되어야만 한다. 3 개의 관점이 사용되어 계산적인 부담을 줄일 수 있다. 예컨대, 몇몇 객체 및 소자는 이들 형상을 X-Y 평면 상에 위치한 이들 형상만을 갖도록 요구된다. 이 경우에 있어서, 직각 입사하여 객체를 보는 3 선형 출력만이 사용된다. 이미지 내의 형상의 위치는 형상의 높이에 관계가 없으므로, 기계 시각 시스템이 법선적인 투사 관점으로 형상 위치를 계산하는 것이 더 빠르다.
명백하게 하기 위하여 도 17 및 도 24의 도면에서 조명 시스템이 제거되었다. 본 발명의 조명은 도 25에 현재 도시된다. 또한, 광학 시스템은 겹혀져서 밀집된 기계 조합을 생성한다. 4 개의 개별적인 조명 유형이 도 25에 도시된다. 이들 조명은 확산 조명(640), 암역 조명(642) 및 후광 조명 등의 3 가지 유형이 본 도면에 도시된다. 후광 조명(169)은 노즐(82)에 연결되며, 후광원(171) 및 확산기(173)을 포함한다. 이전에 설명된 명역 조명은 도 25에 도시된 광학 시스템으로 대체되어 라인 촛점(622)을 만들어 낸다. 이 라인 초점은 실질적으로 페이지 내부 그리고 외부로 확장하는 얇은 라인 내로 빛을 집중시킨다. 라인 촛점(622)을 만들어 내기 위하여 선형 LED 배열(620)은 확산기(618)를 통하여 광슬릿(616)를 조명한다. 선형 LED 배열(620)은 페이지의 평면의 내부 및 외부로 확장한다. 바람직하게 광슬릿(616)은 X-축 방향으로 25㎛의 치수를 갖는다. 굴절율(GRIN) 렌즈 배열(614)은 광슬릿(616)을 결상시켜 조명 라인(622)을 생성시킨다. 거울(624)은 조명 시스템 및 빔스프릿터(612)를 겹치도록 하여 조명이 통과하도록 한다. 빔스프릿터(612)는 객체(632)로부터 반사된 에너지를 재지향시켜 선형 검출기(590)가 객체(632)의 이미지를 생성할 수 있도록 한다. 진공 노즐(630) 및 라인 스캔 센서(610)에 의해 지지되는 객체(632)는 객체(632) 형상의 높이 및 위치를 측정하기 위하여 Z 축 방향으로 변환된다. 이들 3개의 관점을 모두 사용하여 측정하는 경우, 조명이 Y 축 방향으로 더이상 확장하지 않으며, 반명에, 3 개의 관점이 선형 검출기(592, 594, 596) 상에서 서로간에 일치할 것이하는 것은 중요하다. 선형 검출기(592, 594, 596) 간에 공간(Δ)을 두는 것은 상업적으로 사용되는 검출기 조합(590)에서는 공간이 너무 작기 때문에, 높이 측정하는 경우에 촛점 라인 조명(622) 만이 사용되며, 촛점 라인에서의 조명(622)이 Y 축 방향으로 더이상 확장하지 않는 다는 것은 중요하다. 스캔하는 동안 형상의 X, Y 위치 및 형상의 높이를 최적으로 측정하기 위하여 조명을 빠르게 연속하여 시간 순서로 하는 것이 가능하다. 이 순서의 첫 번째 부분에서, X, Y 평면 상에 있는 형상 위치만이 측정되었다. 모든 3 개의 조명 유형은 동시에 턴온되어 이 시간 동안 선형 검출기(594)만이 판독될 수 있다. 다음 순서에서, LED 배열이 턴온되어 모든 3 개의 선형 검출기 배열은 형상 높이를 측정하기 위하여 판독된다. 물론, 조명의 시간 순서 대신에, 2 개의 개별적인 스캔이 양 X, Y 형상 위치 및 형상 높이를 획득하기 위하여 생성될 수 있다. 라인 촛점 조명이 X, Y 형상 위치를 측정하는 데에 적합한 경우, 모든 3 개의 검출기가 판독되어 동일한 스캔에서 위치 및 높이 측정을 할 수 있다.
선형 LED 배열은 개별적으로 접근 가능한 LED 소자로 구성되어 있다. 예컨대, 이는 객체(632)가 반사하는 경우 유효하게 사용될 수 있다. 각도에서 보는 성형 검출기(596)에 대하여 일부의 선형 검출기 배열(620)이 턴온되어, 각도 -에서 객체(632)를 반사적으로 조명한다. 위치하여 있는 객체 및 형상에 따라, 다른 일부분의 선형 검출기 배열(620)은 형상의 대비를 증가시키기 위하여 턴온될 수도 있다.
원거리 중앙 이미징 시스템이 본 발명의 몇몇 실시예에 대하여 도시되었을 지라도, 원거리 이미징 시스템을 사용할 필요가 없다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 사야각이 이미징된 라인에 걸쳐 변화하지 않기 때문에, 원거리 중앙 이미징 시스템은 잇점을 가진다. 그러나, 종래의 이미징 시스템은 이 효과를 보상하였다. 또한, 종래의 이미징 시스템은 원거리 중앙 시스템 보다 일반적으로 더 작고 덜 복잡하였다.
본 발명의 실시예가 픽엔플레이스 장치에 대하여 설명되었을 지라도, 다양한 실시예가 배선 땜납 및 스크린 프린터와 같은 다른 전자 조립 장치에 적용될 수 있다.
도 26은 종래 기술 배선 땜납의 투시도이다. 땜납(320)은 형판 패드(die pad)(324)와 리드 패드(326) 간의 개별적의로 배선을 분배하고 연결하는 땜납 헤드(322)를 포함한다. 땜납(320)은 종래의 이미징 카메라(328)를 사용하여 전기적으로 땜납을 배선과 연결시키기 위하여 다수의 패드를 정교하게 위치시킨다. 카메라(328)는 조명(330), 렌즈 시스템(332) 거울(334) 및 영역 검출기(336)를 포함한다. 주지하는 바와 같이, 조명(330)은 패드를 비춤으로써 접합되도록 하며, 렌즈 시스템(332)과 거울(334)은 함께 작용하여 패드의 이미지를 영역 검출기(336)에 촛점을 맞춘다. 영역 검출기(336)는 이미지를 처리하기 위하여 추가적인 전자 장치에 연결되어 형판 패드 및 리드 패드 위치를 계산해 낸다.
도 27은 본 발명에 따른 배선 땜납의 평면도이다. 본 발명의 일실시예에 따라 배선 땜납(340)은 땜납 헤드(342)및 라인 스캔 카메라(344)를 포함한다. 바람직하게, 라인 스캔 카메라(344)는 픽엔플레이스 장치에 대하여 상기 설명된 소정의 다양한 실시예에 따라 만들어져 있으며, 이 시야 내에서 형상의 높이를 계산할 수 있다. 배선 루프(323)의 높이는 계산되어 배선 땜납을 재생할지 또는 다른 배선 땜납을 검사할 지의 여부를 결정하는 데에 도움이 되도록 특정 표준값으로 임계치가 설정될 수 있다. 본 발명의 높이 계산 능력은 배선 땜납이 특정 응용 제품을 패키징(packaging)하는 데에 있어서 부족한지의 여부를 사전에 나타낼 수 있다. 라인 스캔 검출기(344)의 검출창(346)은 스캔 방향(X)에 대하여 소정의 각도(대략 45°)로 위치되며, 검출창이 다른 어떤 위치에 놓이는 다른 실시예가 가능하다. 그러나, 스캔 방향에 대하여 검출창을 소정의 각도로 지향시키는 것은 형판의 모든 4 개의 측면의 스캐닝을 쉽게 한다.
본 발명이 바람직한 실시예에 대하여 언급하였을 지라도, 당업자라면 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않는 한도 내에서 형식적이며 상세한 변형 실시예가 가능함을 인지할 수 있을 것이다. 예컨대, 본 발명은 본 명세서에 도시된 라인 스캔 센서 및 관련된 전자 장치로 한정되는 것은 아니며, 다른 라인스캔 카메라로도 실시될 수 있다.
객체에 대한 높이 정보뿐만 아니라 방향 정보도 제공하는 이미징 시스템이 개시된다. 상기 이미징 시스템은 라인스캔 센서를 포함하며, 상기 라인스캔 센서는 최소 2 개의 관점에서 객체를 관찰할 수 있으며, 각 관점에 대한 객체의 부분적 이미지의 세트를 출력할 수 있다. 적어도 2 개의 부분적인 이미지의 세트가 조합된 이미지와 결합되는 경우, 전자 장치는 적어도 2 개의 조합된 이미지로부터 객체 형상의 높이를 계산한다. 높이 정보는 볼, 격자, 리드, 컬럼과 같은 전자 소자에 대한 형상의 특징에 접근하는 데에 특히 유용하다. 객체의 방향 정보는 하나 이상의 조합된 이미지로부터 계산이 가능하다. 적어도 객체에 대한 4 개의 형상에 대한 높이가 계산되는 경우, 소자의 공면성에 대한 측정이 계산될 수 있다. 또한, 본 발명의 높이 정보가 사용되어, 객체에 대한 중요한 형상의 존재 유무를 확인하는 것과 같은 객체의 특질에 접근할 수 있다.
본 발명의 방법 및 장치는 단일 및 다중 노즐 픽엔플레이스 장치에 유용하지만, 스크린 프린터와 함께 사용되어 사용된 땜납 브릭(solder brick)이 있는지의 여부나, 또는, 이 땜납 브릭의 높이가 적합한 지의 여부를 알 수 있다. 선택적으로, 본 발명의 방법 및 장치는 땜납된 배선의 높이를 확인하거나 또는, 땜납 공정의 특질을 측정하는 것 등을 확인하는 배선 땜납에 유용하다.

Claims (15)

  1. 객체 상의 형상의 높이를 감지하는 광학 시스템에 있어서,
    형상을 관측하기 위한 렌즈 시스템과;
    검출기와;
    형상의 부분을 나타내는 상기 형상의 제1 부분 이미지를 상기 검출기의 제1 섹션 상에 형성하도록 제1 각도에서 상기 형상을 관측하는 제1 개구부를 갖는 제1 광로와;
    제 1 각도와는 상이한 제2 각도에서 형상을 관측하며, 제2 개구부 및 상기 검출기의 제2 섹션 상에 있는 광학 소자를 통과하는 광을 재지향시킴으로써, 상기 형상의 부분을 나타내는 제2 부분 이미지를 상기 제 2 섹션 상에 형성하도록 상기 광 소자에 정렬되어 있는 제2 개구부를 갖는 제2 광로와;
    상기 검출기와 상기 형상 간의 상대적인 이동을 제공하는 이동 제어 시스템과;
    상기 검출기로부터 이미지 부분을 수집하는 제어 장치와;
    제1 및 제2 광로로부터의 이미지 부분을 각각의 제1 및 제2 조립된 이미지 내부로 조립하며, 상기 형상의 높이를 상기 제1 및 제2 조립된 이미지의 함수로서 제공하는 비디오 처리 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 검출기는 선형 CCD 어레이인 것인 광학 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 광학 시스템은 수직으로 형상을 관측하고, 추가의 개구부 및 추가의 광항 소자를 통과하는 광을 상기 검출기의 추가의 섹션 상으로 재지향시킴으로써, 상기 추가의 섹션 상에 수직 부분 이미지를 형성하도록 추가의 광학 소자에 정렬된 추가의 개구부를 갖는 수직 광로를 더 포함하고, 상기 렌즈 시스템은 광축을 가지며, 상기 제1 및 제2 광로의 양쪽의 각도는 광축에 대하여 0의 각도가 아니며, 상기 비디오 처리 회로는 상대적인 이동 중에 복수의 수직 이미지 부분을 수집하여 상기 복수의 수직 이미지 부분을 수직 조립된 이미지로 조립하며, 상기 형상의 위치를 상기 수직 조립된 이미지의 함수로서 제공하는 것인 광학 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 비디오 처리 회로는 객체 상에 적어도 3 개의 형상의 높이로 구성된 기준 평면을 계산하며, 기준 평면의 함수로서의 추가적인 형상의 공면성 및 추가적인 형상의 높이를 나타내는 출력을 제공하는 회로를 더 포함하는 것인 광학 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 광학 시스템은 객체 상의 형상의 공면성의 함수로서 객체의 특징을 나타내는 제어 장치를 더 포함하는 것인 광학 시스템.
  6. 제1항에 있어서,상기 제1 부분 이미지는 제2 부분 이미지로부터의 상기 검출기의 물리적으로 별개의 섹션 상에 형성되는 것인 광학 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 객체를 조명하는 데에 사용되며, 암역, 확산 및 라인 촛점 조명원으로 구성되는 그룹으로부터 선택되며, 한 세트이 조명 제어 장치에 의해 선택적으로 에너지가 공급되는 적어도 하나의 조명원을 더 포함하는 것인 광학 시스템.
  8. 그 객체 형상에 따라 객체를 관측해서 형상의 높이를 계산하는 데에 사용되며, 서로 상이한 각도로 형상을 각각 관측하는 이중 광로 시스템에 있어서,
    이중 광로 중의 어느 하나로부터의 광으로부터 각각 형성된 상기 형상의 2 개의 부분 이미지를 제공하기 위해 사용되는 선형 검출기와;
    상기 형상에 대하여 상기 선형 검출기의 상대적인 이동을 제공하는 이동 제어 시스템과;
    상기 형상의 부분 이미지를, 상기 광로 중 어느 하나로부터의 광에 각각 대응하는 상기 2 개의 조립된 이미지로 조립하며, 상기 2 개의 조립된 이미지로부터 형상의 높이를 계산하는 이미지 처리 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 이중 광로 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 이미지 처리 장치는 형상의 높이 상의 적어도 부분적으로라도 기초하여 형상 공면성을 계산하는 데에 사용되는 것을 더 포함하는 이중 광로 시스템.
  10. 소자를 배치시키는 데에 사용되는 픽엔플레이스 장치에 있어서,
    상기 소자를 배치시키기 위한 원하는 위치를 제공하는 호스트 프로세서와;
    상기 소자를 분리가능하게 수용하기 위한 소자 배치 헤드와;
    상기 소자를 활주가능하게 스캐닝하는 센서 헤드를 구비하고,
    상기 센서 헤드는, 소자를 관측하기 위해 상기 소자를 통과하는 광축을 갖는 렌즈 시스템과;
    검출기와;
    실질적으로 상기 광축에 직각인 평면에 배치되며, 상기 소자를 상이한 각도에서 관측하고 소자의 일 부분의 제1 및 제2 이미지를 검출기 상에 재지향시키기 위해서 각각 배치된 2 개의 개구부가 있는 광학 소자로서, 상기 검출기 및 상기 소자는 상대적인 이동이 종료된 이후, 상기 검출기로부터의 복수의 제1 이미지가 상기 소자의 조립된 제1 이미지를 나타내고, 상기 검출기로부터의 복수의 제2 이미지가 상기 소자의 조립된 제2 이미지를 나타낼 수 있도록 서로에 대하여 상대적으로 이동시키기 위해서 사용되는 것인 2 개의 개구부가 있는 광학 소자와;
    상기 조립된 제1 및 제2 이미지를 처리하여 형상 높이 정보를 제공하는 비디오 처리 회로를 포함하며,
    상기 호스트 프로세서는 상기 소자 위치 헤드를 형상 높이 정보에 기초해서 제어하는 것을 특징으로 하는 픽엔플레이스 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 비디오 처리 회로는 상기 형상의 높이에 기초하여 적어도 부분적으로 형상 공면성을 계산하는 데에 사용하는 것인 픽엔플레이스 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 센서 헤드는 적어도 한 방향으로 상기 소자 위치 헤드와 함께 이동하는 것인 픽엔플레이스 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 센서 헤드와 상기 소자 위치 헤드는 상호 간에 기계적으로 연결되지 않은 것인 픽엔플레이스 장치. .
  14. 소자를 픽엔플레이스 장치로 픽엔플레이스하는 방법에 있어서,
    상기 소자를 원하는 위치에 배치시키는 것을 제공하는 단계와;
    소자를 분리가능하게 수용하는 단계와;
    소자를 활주가능하게 스캐닝하는 단계를 포함하고,
    상기 스캐닝 단계는, 소자를 관측하기 위해 상기 소자를 통과하는 광축을 갖는 단계와;
    검출기를 제공하는 단계와;
    실질적으로 상기 광축에 직각인 평면에 배치되며, 상기 소자를 상이한 각도에서 관측하고 소자의 일 부분의 제1 및 제2 이미지를 검출기 상에 재지향시키기 위해서 각각 배치된 2 개의 개구부가 있는 광학 소자로서, 상기 검출기 및 상기 소자는 상대적인 이동이 종료된 이후, 상기 검출기로부터의 복수의 제1 이미지가 상기 소자의 조립된 제1 이미지를 나타내고, 상기 검출기로부터의 복수의 제2 이미지가 상기 소자의 조립된 제2 이미지를 나타낼 수 있도록 서로에 대하여 상대적으로 이동시키기 위해서 사용되는 것인 2 개의 개구부를 배치하는 단계와;
    상기 조립된 제1 및 제2 이미지를 형상 높이 정보를 제공하도록 프로세싱하는 단계와;
    상기 소자가 형상 높이 정보에 기초하도록 위치시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 픽엔플레이스 방법.
  15. 원하는 위치에 배선을 접합시키기 위한 호스트 프로세서와;
    상기 배선을 분배하고 접합시키기 위한 헤드와;
    상기 배선, 형판 패드 및 리드 프레임중 적어도 한 부분을 이동하며 스캐닝하기 위한 센서헤드와;
    상기 센서 헤드는, 상기 부분을 관측하기 위해 상기 소자를 통과하는 광축을 갖는 렌즈 시스템과;
    검출기와;
    실질적으로 상기 광축에 직각인 평면에 배치되며, 상기 소자를 상이한 각도에서 관측하고 소자의 일 부분의 제1 및 제2 이미지를 검출기 상에 재지향시키기 위해서 각각 배치된 2 개의 개구부가 있는 광학 소자로서, 상기 검출기 및 상기 소자는 상대적인 이동이 종료된 이후, 상기 검출기로부터의 복수의 제1 이미지가 상기 소자의 조립된 제1 이미지를 나타내고, 상기 검출기로부터의 복수의 제2 이미지가 상기 소자의 조립된 제2 이미지를 나타낼 수 있도록 서로에 대하여 상대적으로 이동시키기 위해서 사용되는 것인 2 개의 개구부가 있는 광학 소자와;
    상기 조립된 제1 및 제2 이미지를 처리하여 형상 높이 정보를 제공하는 비디오 처리 회로를 포함하며,
    상기 호스트 프로세서는 상기 소자 위치 헤드를 형상 높이 정보에 기초해서 제어하는 것을 특징으로 하는 배선 땜납.
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