(57)【要約】計算機視覚システムのカメラによって視覚化されるようなボール・グリッド・アレイ（BGA）のはんだボールと基板との間のコントラストは、前記ボールが銀色であり、前記基板のバックグラウンドが白色又は明るい色であるコントラストが乏しい状況においては、偏光で前記BGAを照明し、前記カメラが、前記はんだボールから反射される光は通さないが、前記基板から反射される光は通す向きに置かれる偏光フィルタを介して前記BGAから反射される光を見ることにより、信頼性の高い認識を可能にするのに十分に改善される。
2005504986.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
明るい色の非金属性のバックグラウンドを背にした金属性の物体を持つ部品の視覚化の方法であって、
所定の第１方向に直線偏光される電磁放射線で前記部品を照明するステップと、
前記第１方向に対して実質的に直角である第２方向に直線偏光される電磁放射線を通す向きに置かれる直線偏光フィルタを介して見られる前記部品から反射される電磁放射線の画像を形成するステップとを有し、
それにより、形成される前記画像において、前記金属性の物体と前記バックグラウンドとの間の改善されたコントラストが生成される方法。
【請求項２】
前記形成される画像において、前記金属性の物体を認識するステップを更に有することを特徴とする請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記電磁放射線が光であり、前記画像がカメラによって形成されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電磁放射線が光であり、前記画像が計算機視角システムのカメラによって形成され、前記認識が前記計算機視角システムによって行なわれることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項５】
前記部品がボール・グリッド・アレイであり、前記明るい色のバックグラウンドが誘電体であり、前記金属性の物体が前記誘電体によって担持されるアレイに配設されるボールであることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記部品がボール・グリッド・アレイであり、前記明るい色のバックグラウンドが誘電体であり、前記金属性の物体が前記誘電体によって担持されるアレイに配設されるボールであることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項７】
明るい色の非金属性のバックグラウンドを背にした金属性の物体を持つ部品の視覚化のための装置であって、
直線偏光される電磁放射線で前記部品を照明する1つ以上の光源であり、該光源の少なくとも1つが所定の第１方向に直線偏光される電磁放射線を生成する1つ以上の光源と、
前記第１方向に対して実質的に直角である第２方向に直線偏光される電磁放射線を通す向きに置かれる直線偏光フィルタを介して見られる前記部品から反射される電磁放射線の画像を形成する画像形成装置とを有し、
それにより、形成される前記画像において、前記金属性の物体と前記バックグラウンドとの間の改善されたコントラストが生成される装置。
【請求項８】
前記形成される画像において、前記金属性の物体を認識する計算機視角システムを更に有することを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記電磁放射線が光であり、前記画像形成装置がカメラであることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記電磁放射線が光であり、前記画像形成装置が前記計算機視角システムのカメラであることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１１】
前記部品がボール・グリッド・アレイであり、前記明るい色のバックグラウンドが誘電体であり、前記金属性の物体が前記誘電体によって担持されるアレイに配設されるボールであることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
前記部品がボール・グリッド・アレイであり、前記明るい色のバックグラウンドが誘電体であり、前記金属性の物体が前記誘電体によって担持されるアレイに配設されるボールであることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１３】
前記部品の金属性の物体が回路基板又はカードのコンタクトパッドと整合することを認識して該回路基板又はカード上に該部品を配置するマニピュレータを更に有することを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１４】
前記ボール・グリッド・アレイのボールが回路基板又はカードのコンタクトパッドと整合することを認識して該回路基板又はカード上に該ボール・グリッド・アレイを配置するマニピュレータを更に有することを特徴とする請求項12に記載の装置。
【請求項１５】
請求項２の方法に基づいて認識された部品を表面実装される回路基板又はカードであって、このような表面実装が、前記部品の金属性の物体が前記回路基板又はカードのコンタクトパッドと整合することを認識するものである回路基板又はカード。
【請求項１６】
請求項６の方法に基づいて認識されたボール・グリッド・アレイを表面実装される回路基板又はカードであって、このような表面実装が、前記ボール・グリッド・アレイのボールが前記回路基板又はカードのコンタクトパッドと整合することを認識するものである回路基板又はカード。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、誘電性又は非金属性の十分に対照を成さないバックグラウンド(poorly contrasting background)を背にした金属性の物体を持つ部品の視覚化に関する。本発明は、とりわけ、しかしこれに限らず、明るい色のセラミック基板によって担持された小さいはんだボールのボール・グリッド・アレイ(BGA)を、検査及び回路基板又はカードにおける該BGAの表面実装のために、計算機視覚によって認識するのに有用である。
【背景技術】
【０００２】
典型的なボール・グリッド・アレイ(BGA)は、http://www-3.ibm.com/chips/techlib/techlib.nsf/techdocs/852569B20050FF7785256996005B1D23/$file/bgaguide.pdfにおいて入手可能なIBM アプリケーションノート"Ceramic Ball Grid Array Surface Mount Assembly and Rework", July 2000に記載されている。
【０００３】
このような公開物中の10ページにおいて、白色セラミック基板を用いるBGAパッケージの場合には、はんだボールと白色セラミック基板との間の乏しいライティング・コントラストが視覚システムを調整することを困難にし、BGAパッケージを適切に認識できなくさせ、誤った不合格（erroneous rejection）をもたらし得ることが示されている。
【０００４】
BGA又はセラミック・ボール・グリッド・アレイ（CBGA）は、表面実装技術（SMT）において一般に用いられている構成要素又はパッケージである。この部品の底部は、セラミック基板上に所定の、典型的には長方形の格子配列パターンで配設される高融点の小さな（例えば直径において、数分の1mm）はんだボールによって形成され、これらのはんだボールは、共晶はんだ条片（eutectic solder fillet）によって、セラミック基板に接合される。この部品は、共晶はんだペーストが塗布されている合致するパターンのコンタクトパッドを持つ回路基板又はカード上に配置される。次いで、回路基板又はカードは、はんだペーストがはんだボールをコンタクトパッドに接合する条片を形成するように、オーブンに通される。
【０００５】
現在、貯蔵場所から他の部品と一緒にBGAを選び取るために、装着機（pick and place machine）が用いられ、BGAを検査し、BGAが不合格にされない場合には、回路基板又はカードの回路パッドとBGAボールの適当な整合を備える回路基板又はカードにおけるBGAの配置を進めるために、上向きに見るカメラ及び正面の照明を含む計算機視覚装置が装着機によって用いられる。BGAは、該BGAが一つ以上の欠損ボール、誤ったボール間隔又は非対称な（nonsymmetrical） ボール・サイズを持つ場合には、不合格にされるであろう。
【０００６】
ほとんどのBGAは、暗い色のセラミックの底部及び銀色の金属性のボールを持つ。この組合せは、ボールとバックグラウンドとの間の優れたコントラストを供給する。BGAの中には、白色又は非常に明るい色のセラミックのバックグラウンドの上に銀色又は金色の金属性のボールを持つものもある。これらの部品は、現在の計算機視覚システムが確実にBGAを認識するのに充分な視覚的なコントラストを供給しない。とりわけ、現在のカメラ及び照明を用いての認識が、白色又は明るい色の底部を持つBGAにおいて、なされる場合には、ボールがセラミックのバックグラウンドと略々同程度に明るく見えることから、視覚システムはボールとバックグラウンドとを区別することが出来ない。
【０００７】
白色のセラミックBGAの視覚化及びその結果としての認識を改善しようとするのに用いられる或る既知の技術は、結果として生じる照明がカメラのレンズと同軸であるように照明光がカメラレンズの前のビームスプリッタを介して取り入れられる所謂「同軸照明」によって、視覚化される部品を照明することを含む。このような同軸照明の使用は、たかだかわずかにしか効果的でないことが分かった。同軸照明がかなり高価なテレセントリックカメラレンズと組み合わせて用いられる場合には、より高いレベルの、しかし、依然として不十分なレベルの認識成功が達成される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、従来技術の十分に対照を成さない誘電性のバックグラウンドを背にした金属性の物体の視覚化における上記の不利な点を克服することにあり、とりわけ、白色又は明るい色のセラミックBGAの視覚化を改善し、斯くして認識成功の割合を改善することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のこの及び他の目的は、視覚化される部品が、直線偏光電磁放射線、例えば偏光フィルタを通された光によって照明され、前記部品から反射され、該部品を照明する前記放射線の偏光の方向に対して実質的に直角である偏光方向を持つ放射線を通す向きに置かれた偏光フィルタを通された前記電磁放射線の画像が形成される方法及び装置により満足される。前記放射線は、金属性の物体又はんだボールから、照明する放射線と同じ偏光方向で反射されることから、前記金属性の物体から反射される放射線は、実質的に、後の前記偏光フィルタを通らず、形成される前記画像中には現れない。他方で、非金属性又は誘電性のバックグラウンドから反射される放射線は、偏光がぼけ(smear)、照明する放射線の偏光方向に対して直角である偏光方向を備える放射線を含むことから、前記バックグラウンドから反射される放射線の中には、後の前記偏光フィルタを通過し、前記形成される画像中に現れるものもある。その結果として、前記部品は、金属性の物体とバックグラウンドとの間のかなりのコントラストを備える、例えば、該金属性の物体が黒く見えるのに対して、該バックグラウンドが白く又は明るい色に見える前記形成される画像において、視覚化され、前記金属性の物体の信頼性の高い計算機視覚認識を可能にする。
【００１０】
本発明による、明るい色の非金属性のバックグラウンドを背にした金属性の物体を持つ部品の視覚化のための方法は、所定の第１方向に直線偏光される電磁放射線で前記部品を照明するステップと、前記第１偏光方向に対して実質的に直角である第２方向に直線偏光される電磁放射線を通す向きに置かれる直線偏光フィルタを介して見られる前記部品から反射される電磁放射線の画像を形成するステップとを有する。このような方法は、形成される前記画像において、前記金属性の物体を認識するステップを更に有する。
【００１１】
同様に、本発明による、明るい色の非金属性のバックグラウンドを背にした金属性の物体を持つ部品の視覚化のための装置は、直線偏光される電磁放射線で前記部品を照明する1つ以上の光源であり、該光源の少なくとも1つが所定の第１方向に直線偏光される電磁放射線を生成する1つ以上の光源と、前記第１方向に対して実質的に直角である第２方向に直線偏光される電磁放射線を通す向きに置かれる直線偏光フィルタを介して見られる前記部品から反射される電磁放射線の画像を形成する画像形成装置とを有する。このような装置は、更に、形成される前記画像において、前記金属性の物体を認識する計算機視覚システムを有し、また更に、前記部品の金属性の物体が回路基板又はカードのコンタクトパッドと整合することを認識して該回路基板又はカード上に該部品を配置するマニピュレータを有する。
【００１２】
本発明はまた、上記の方法に基づいて認識された部品を表面実装される回路基板又はカードであって、このような表面実装が、前記部品の金属性の物体が前記回路基板又はカードのコンタクトパッドと整合することを認識するものである回路基板又はカードを有する。
【００１３】
本発明の他の目的、特徴及び利点は、添付の図面を参照しながら以下の詳細な説明の通読すれば明らかになるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図面の図1及び2を参照して、誘電性又は非金属性の十分に対照を成さないバックグラウンドを背にした金属性の物体を持つ部品の視覚化のための本発明を、セラミックの誘電性の基板16によって担持された小さな高溶融はんだボール14の通常二次元のボール・グリッド・アレイ（BGA）12を認識する従来の計算機視覚システム10に関連して説明する。BGA12は、計算機視覚システム10の上向きに見るカメラ20の上の装着機（図示せず）のグリッパ(gripper)又はマニピュレータ18によって把持される。カメラ20は、電子画像を形成し、該電子画像を計算機視覚システム10に供給し、このシステムは、存在、サイズ及び間隔に関して、BGA12のはんだボール14を認識し、検査するために電子画像を利用する。BGA12が検査に合格する場合には、視覚システム10は、BGAのはんだボール14が回路基板又はカード22のコンタクトパッド24と整合することを認識して、マニピュレータ18による回路基板又はカード22におけるBGA12の移動及び配置を進める。従来の如く、回路基板又はカード22上にBGA12及び他の表面実装の構成要素を配置する前に、コンタクトパッド24は共晶はんだペーストで被覆され、回路基板又はカード22上にBGA12及び他の表面実装の構成要素を配置した後に、はんだペーストを溶融させて回路基板又はカードにBGAをしっかりと表面実装する条片（図示せず）にするために、配置されたBGA及び他の構成要素を備えるカードに熱が加えられる。
【００１５】
はんだボール14が銀色であり、基板16が白色又は明るい色である最もコントラストが乏しい状況においては、はんだボール14の、カメラ20による適当な視覚化及び視覚システム10による適当な認識を可能にするために、BGA12の一般的に上向き且つ内向きに方向づけられる偏光照明Iを供給するために、カメラ20のレンズ30の前の偏光フィルタ28と一緒にライトボックス26が用いられる。ライトボックス26の好ましい実施例は、カメラ20が偏光フィルタ28を介して上向きに見る中央開口部32と、各面が別個の偏光の光源を形成する切頭四角錐(frusto-pyramid)の４つの上向き且つ外向きに傾けられた台形面34、36、38及び40とを持つ。これらの面34、36、38及び40は、ＬＥＤアレイ52の上の各々の乳白ガラス拡散パネル50の上に偏光フィルタ40、42、44及び46を有する。偏光フィルタ28によって通される直線偏光の方向を0°とすると、偏光フィルタ40及び44は、90°に方向づけられた直線偏光を通す向きに置かれ、偏光フィルタ42及び46は、180°に方向づけられた直線偏光に通す向きに置かれる。結果として、はんだボール14から反射される4つの光源からの光の下向きに方向づけられる成分は、偏光フィルタ28によって通されるであろう偏光方向と直角である、又は略々直角である90°の偏光を持つことになる。それ故、はんだボール14によって反射される光はカメラ20のレンズ30に達しない。他方で、白色又は明るい色の基板16から反射される光の下向きに方向づけられる成分は、偏光において実質的に一様に分散され、基板16から下向きに反射されるかなりの量の光が、偏光フィルタ28を通過し、カメラ20のレンズ30に達する。この結果、カメラ20によって形成される電子画像においては、はんだボール14が実質的に黒く見え、基板16が実質的に白くに見え、はんだボール14の信頼性の高い認識のための良好なコントラストを供給する。このコントラストをもたらす効果は、光沢のある金属性の物体からの電磁放射線の反射においては偏光が維持されるに対して誘電性の物体からの電磁放射線の反射においては偏光がぼけるためのものであると考えられる。
【００１６】
本発明の目的が満足されていることはお分かりになるであろう。本発明を特に詳細に記載したが、本発明の意図されている精神内及び範囲内の多数の修正例があり得ることもまたお分かりになるであろう。添付されている特許請求の範囲の解釈において、
a)  「有する」という用語は、特許請求の範囲において、列挙されている要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外せず、
b)  要素の単数形表記は、斯様な要素の複数の存在を除外せず、
c)  特許請求の範囲における如何なる参照符号も、その範囲を限定せず、
d)  幾つかの「手段」は、ハードウェアの同一アイテム又はソフトウェア実施される構成若しくは機能によって表わされ得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明による視覚化、認識及び配置装置の概略的な断面立面図である。
【図２】線2-2から見た、図1の照明部及び受取り（reption）部の平面図である。
【図１】
2005504986.tif 000003
【国際公開パンフレット】
2005504986.tif 000004
2005504986.tif 000005
2005504986.tif 000006
2005504986.tif 000007
2005504986.tif 000008
2005504986.tif 000009
2005504986.tif 000010
2005504986.tif 000011
2005504986.tif 000012
2005504986.tif 000013
2005504986.tif 000014
【国際調査報告】
2005504986.tif 000015
2005504986.tif 000016