(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
粘性のある物質を基板上の所定の位置にディスペンスするスクリーンプリンタであって、該スクリーンプリンタは、
フレームと、
該フレームに結合された物質ディスペンサであって、基板上にプリントされる粘性のある物質を格納している物質ディスペンサと、
該フレームに結合された支持装置であって、該基板を該物質ディスペンサの下に位置するプリント位置に支持する支持装置と、
該基板の画像を含む視野を有するカメラと、
該カメラに電気的に接続されたプロセッサであって、該基板上にプリントされた該粘性のある物質をテクスチャ認識するようにプログラムされているプロセッサと
を備え、
該プロセッサは、
該画像に基づいて、該基板上にプリントされた該粘性のある物質の位置を決定するロケータと、
該画像中の輝度およびコントラストレベルを変動させ、自動ゲイン、オフセットおよび露出管理システムを含むチューナであって、サンプリングレートに基づいてエイリアシング制御を提供するチューナと、
該ロケータに電気的に接続されたテクスチャセグメント化フィルタであって、画像品質を向上させるために、シャープニング演算子とラプラス演算子と平滑化演算子とを含むテクスチャセグメント化フィルタと
を含む、スクリーンプリンタ。
【請求項２】
前記粘性のある物質は半田ペーストを含む、請求項１に記載のスクリーンプリンタ。
【請求項３】
前記テクスチャセグメント化フィルタは、前記画像をテクスチャ領域に分割する、請求項２に記載のスクリーンプリンタ。
【請求項４】
前記プロセッサは、前記物質ディスペンサに電気的に接続されたコントローラを含む制御ループの一部である、請求項２に記載のスクリーンプリンタ。
【請求項５】
前記平滑化演算子は、前記画像のコントラストおよび輝度を改良する機構を含む、請求項１に記載のスクリーンプリンタ。
【請求項６】
前記カメラは、電荷結合素子を含む、請求項１に記載のスクリーンプリンタ。
【請求項７】
半田ペーストを基板上の所定の位置にディスペンスするシステムであって、該システムは、
該基板上に物質をディスペンスするディスペンサと、
該ディスペンサの動作を維持するコントローラと、
該コントローラに電気的に接続されたプロセッサであって、該基板上に位置する半田ペースト堆積物のテクスチャベースの認識を実行し、該半田ペースト堆積物の質と、該基板上の所定の位置に対する該半田ペースト堆積物の輪郭とを決定するようにプログラムされているプロセッサと
を備え、
該プロセッサは、
該基板上の該半田ペースト堆積物の画像に基づいて、該基板上の該半田ペースト堆積物の位置を決定するロケータと、
該画像中の輝度およびコントラストレベルを変動させ、自動ゲイン、オフセットおよび露出管理システムを含むチューナであって、サンプリングレートに基づいてエイリアシング制御を提供するチューナと、
該ロケータに電気的に接続されたテクスチャセグメント化フィルタであって、画像品質を向上させるために、シャープニング演算子とラプラス演算子と平滑化演算子とを含むテクスチャセグメント化フィルタと
を含む、システム。
【請求項８】
前記テクスチャセグメント化フィルタは、前記画像をテクスチャ領域に分割する、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】
前記プロセッサは、前記ディスペンサに電気的に接続されたコントローラを含む制御ループの一部である、請求項７に記載のシステム。
【請求項１０】
前記コントローラが、前記ステンシルプリンタおよび前記ステンシルの整列を調節する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１１】
前記平滑化演算子は、前記画像のコントラストおよび輝度を改良する機構を含む、請求項１０に記載のシステム。
【請求項１２】
基板上で物質の存在および位置を検出する検査システムであって、該検査システムは、
該基板上の該物質の画像に基づいて、該基板上の該物質の位置を決定するロケータと、
該ロケータに電気的に接続されたプロセッサであって、該基板上に位置する該物質のテクスチャベースの認識を実行し、該物質の質と、該基板上の所定の位置に対する該物質の輪郭とを決定するようにプログラムされているプロセッサと
を備え、
該プロセッサは、該画像中の輝度およびコントラストレベルを変動させ、自動ゲイン、オフセットおよび露出管理システムを含むチューナであって、サンプリングレートに基づいてエイリアシング制御を提供するチューナをさらに含む、検査システム。
【請求項１３】
前記プロセッサは、前記基板上に前記物質をディスペンスする物質ディスペンサに電気的に接続されたコントローラを含む制御ループの一部である、請求項１２に記載の検査システム。
【請求項１４】
前記コントローラが、前記ステンシルプリンタおよび前記ステンシルの整列を調節する、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記物質は、半田ペーストを含む、請求項１２に記載の検査システム。
【請求項１６】
シャープニング演算子、ラプラス演算子、平滑化演算子を含むテクスチャセグメント化フィルタをさらに備える、請求項１２に記載の検査システム。
【請求項１７】
前記平滑化演算子は、前記画像のコントラストおよび輝度を改良する機構を含む、請求項１６に記載の検査システム。
【請求項１８】
基板上の物質の存在および位置を検出する速度を高めるためにフィルファクタオプションが提供される、請求項１２に記載の検査システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の分野）
本発明は、マシン視覚プロセスに関し、より詳細には、半田ペーストプリントまたは、ディスペンシング機器を使用して基板上に堆積した半田ペーストを検査するための方法および装置に関する。さらに、本発明は、半田ペーストプリンタおよびディスペンシング機器を制御するための方法および装置に関する。
【０００２】
（発明の背景）
一般的な表面マウント回路基板製造動作では、ステンシルプリンタを使用して回路基板上に半田ペーストをプリントする。一般に、パッドのパターンまたは半田ペーストが堆積される他の何かの表面（通常、導電性である）を有する回路基板は、ステンシルプリンタに自動的に供給される。回路基板上の１つ以上の小さいホールまたはマーク（いわゆる、基準）により、回路基板上に半田ペーストをプリントする前に、回路基板は、ステンシルまたはステンシルプリンタのスクリーンに適切に整列される。ある従来のシステムにおいて、光アライメントシステムは、回路基板にステンシルを整列するために使用される。ステンシルプリンタのための光アライメントシステムの一例は、１９９１年１０月２１日にＦｒｅｅｍａｎに発行された米国特許第５，０６０，０６３号および１９９２年１月３１日に、これもＦｒｅｅｍａｎに発行された米国特許第Ｒｅ．３４，６１５号に記載される。本明細書において、それらの各々を参考として援用する。
【０００３】
ある従来技術のシステムにおいて、光アライメントシステムは、また、半田ペーストを基板上に堆積した後に基板を検査するための視覚検査システムを含む。これらの従来技術のシステムは、一般に、基板上に堆積された半田ペーストを有する基板を検査し、半田ペーストが基板上に戦略的に位置付けられた導電性パッドに適切に付与されているかどうかを判定する閾値処理技術による。当該分野において周知であるように、閾値処理は、輝度に基づいて、画像をセクションに分割するために使用される画像セグメント化技術である。その技術は、画像を対象の領域にセグメント化し、本質的でないと考えられる他の領域のすべてを取り除く。
【０００４】
現在、プリント回路基板上の半田ペースト領域を識別するのに最も一般的な技術は、主に、基板上の半田ペースト領域を識別するために一般に画素の輝度を用いる単一閾値法または二重閾値法からなる。これらの技術の１つの欠点は、半田ペーストと背景との輝度レベルがしばしばオーバーラップすることであり、たとえ不可能でないにしても、そのオーバーラップにより、半田ペースト画像を背景情報から効率的に分けるのが困難である。
【０００５】
ある従来技術のシステムは、主に、検査毎にユニークな基準画像を必要とする減法技術による。これらの方法は、一般に、基準画像（例えば、前の）と現在の画像（後の）との間の差異を比較してペーストを検出する。これらの技術の１つの欠点は、基準画像を収納するのに、比較的十分なストレージ、検索およびバッファ機能を必要とすることである。これらの技術の別の欠点は、変動以外は同じである基板間に見出される典型的な変動を受け、それによって悪影響されることである。この問題を避けるためには、新たな基準画像を検査される基板毎に得ることが必要となるが、この動作はプロセスをかなり遅くし、高速生産環境下での使用には不適切であり得る。
【０００６】
（発明の要旨）
本発明の実施形態は、デジタル画像の数学的演算を行い、半田ペーストテクスチャエリアを、プリント回路基板、ステンシル、ウェハまたは基板上の他の異なるテクスチャ（非半田ペースト）エリアから分離する。
【０００７】
一般に、本発明のある局面は、物質が上に堆積する基板を検査する方法を特徴とする。その方法のステップは、基板上に物質を堆積するステップと、基板の画像を取り込むステップと、画像内のテクスチャにおける変動を検出し、基板上の物質の位置を判定するステップと、物質の位置を望まれる位置と比較するステップとを包含する。
【０００８】
その方法は、また、物質を有する基板上のエリアを望まれるエリアと比較するステップを包含し得る。その物質は、半田ペーストを含み得る。
【０００９】
その方法は、基板上の非物質背景フィーチャの相対的輝度に依存しない変動を、画像を画素に分割し、各画素の輝度レベルをその画素近傍と比較することによって検出して、半田ペーストテクスチャにおける変動を検出するステップをさらに包含し得る。
【００１０】
この方法において、実時間画像は取り込まれ、デジタル化され得る。
【００１１】
本発明の別の局面において、物質を堆積するステップは、ステンシルプリンタを用いて基板上に物質をプリントするステップを包含する。その方法は、フィードバック信号を供給し、ステンシルプリンタを調整するステップをさらに包含する。ステンシルプリンタは、物質の位置と望まれる位置との比較に基づいて、調整される。フィードバック信号を使用し、基板のエリアと望まれるエリアまたは所定のエリアのいずれか一方との比較に基づいてステンシルプリンタを調整し得る。
【００１２】
別の局面において、本発明は基板上の所定の位置で粘性のある材料をディスペンスするスクリーンプリンタを含む。そのスクリーンプリンタは、フレームと、そのフレームに接続される材料ディスペンサであって、基板にプリントされる粘性のある材料を含む材料ディスペンサと、そのフレームに接続され、その材料ディスペンサの下に位置するプリント位置において基板を支持する支持装置と、プリント位置において基板を含む視野角を有するカメラと、そのカメラに電気的につながるプロセッサとを備える。そのプロセッサは、基板上にプリントされる粘性のある材料の認識に基づいて、テクスチャを実行するようにプログラムされる。
【００１３】
さらに別の局面において、本発明は、基板上の所定の位置で半田ペーストをディスペンスするためのシステムを含む。そのシステムは、基板上に材料をディスペンスするディスペンサと、そのディスペンサの動作を保持するコントローラと、プロセッサとを含む。そのプロセッサは、そのコントローラと電気的につながる。そのプロセッサは、基板上に位置する半田ペースト堆積物のテクスチャベースの認識を実行するようにプログラムされる。プロセッサは、また、半田ペースト堆積物の品質および基板上の所定の位置に対する半田ペースト堆積物の輪郭を決定する。プロセッサは制御ループの一部であり、その制御ループはディスペンサと電気的につながるコントローラを含む。
【００１４】
また別の局面において、本発明は基板上の物質の存在およびその位置を検出するための検査システムを含む。その検査システムは、基板上の物質の画像のさまざまな画素で位置分析を実行するロケータを含む。その検査システムは、また、ロケータと電気的につながるプロセッサを含む。そのプロセッサは、基板上に位置する物質のテクスチャベースの認識を実行し、物質の品質および基板上の所定の位置に対する物質の輪郭を判定するようにプログラムされる。
【００１５】
さらに、プロセッサは、ロケータ、チューナ、テクスチャセグメント化フィルタをさらに含んでもよい。そのロケータは画像内のさまざまな画素の位置解析を行う。そのチューナは、画像内の輝度およびコントラストレベルを変化させ、自動ゲイン、オフセット、露出管理システムを含む。そのチューナは、有効サンプリングレートに基づいて、エイリアシング制御を提供する。そのテクスチャセグメント化フィルタはロケータと電気的につながり、そのテクスチャセグメント化フィルタを用いて画像をテクスチャ領域に分割する。そのテクスチャセグメント化フィルタは、シャープニング演算子、ラプラス演算子および画像品質をさらに向上させるための平滑化演算子を含む。その平滑化演算子は、テクスチャセグメント化フィルタの効果をブーストまたは向上するための機構をさらに含む。
【００１６】
あるいは、検査システムは、また、ロケータと電気的につながる第１のフィルタを含み得る。その第１のフィルタは、画像を向上させるためのフィルタを含む。検査システムは、第１のフィルタと電気的につながり、自動ゲイン、オフセット、および画像内の輝度およびコントラストレベルを変化させる露出管理システムを有するチューナと、基板上の物質の画像がプロセスの有効サンプリングレートを超えるように拡大される場合、アンチエイリシングを提供するチューナとつながる第２のフィルタとをさらに含む。
【００１７】
本発明の別の局面は、検査システムの動作の速度を増大するためのオプションを提供する。具体的には、フィルファクタオプションを選択して、後のプロセスにおいて、そのままで適切に解釈されるような、基板の部分的のみに処理された画像を生成し得る。
【００１８】
本発明の上記および他の目的、局面、特徴および利点は、以下の明細書および特許請求の範囲から明らかになる。
【００１９】
（詳細な説明）
図面において、同じ参照符号は、概して、異なる図にわたって同じ部分を参照する。また、図面は必ずしも縮尺があっているわけでなく、代わりに、概して本発明の原理を示す部分が強調される。
【００２０】
本発明のある実施形態は、概して、半田ペーストテクスチャ認識に対する方法を使用するステンシルプリンタに関する。図１Ａは、本発明のある実施形態によるステンシルプリンタ１００の前面図を示す。ステンシルプリンタ１００は、ステンシルプリンタの構成要素を支持するフレーム１２を備える。ステンシルプリンタの構成要素は、コントローラ１０８と、ステンシル１６と、半田ペーストがそこからディスペンスされ得るディスペンシングスロット１１８ａを有するディスペンシングヘッド１１８とを有する。
【００２１】
ディスペンシングヘッド１１８は、２つのちょうネジ２２を用いて第１のプレート１８に結合される。第１のプレート１８は第２のプレート２０に結合する。第２のプレート２０は、ステンシルプリンタ１００のフレーム１２に結合される。第１のプレートが図１Ａに示されるように座標軸系２３によって規定されるｚ軸に沿って第２のプレートに対して移動できるように、第１のプレート１８は第２のプレート２０に結合される。第１のプレートは、コントローラ１０８の制御下でモータによって移動する。
【００２２】
第２のプレート２０が座標系２３によって規定されるｘ軸に沿ってフレーム１２に対して移動できるように、第２のプレート２０はフレーム１２に可動的に結合される。下記で説明するように、第１のプレートおよび第２のプレートの移動により、ディスペンシングヘッド１１８はステンシル１６上に位置することが可能になり、ステンシルにわたる移動により回路基板上に半田ペーストをプリントすることが可能になる。
【００２３】
ステンシルプリンタ１００は、また、回路基板１０２をステンシルプリンタのプリント位置に移送するためのレール２４を有するコンベヤシステムを含む。ステンシルプリンタは、回路基板がディスペンシング位置にある場合、回路基板の下に位置付けられる多くのピン２８を有する。プリントを行う場合、そのピンを使用して、レール２４から回路基板１０２を上昇させ、回路基板をステンシル１６に接触または近くに近接するように位置付ける。
【００２４】
ディスペンシングヘッド１１８は、標準ＳＥＭＣＯ３オンスを２つ、すなわち、６オンスの半田ペーストカートリッジ１０４を受け取るように構成される。半田ペーストカートリッジ１０４は、プリント動作の間、ディスペンシングヘッド１１８に半田ペーストを供給する。半田ペーストカートリッジ１０４の各々は、圧力エアホース３０の一端に結合される。当業者に容易に理解されるように、ディスペンシングヘッドは、他の標準のカートリッジまたは非標準のカートリッジを受け取るように適合され得る。圧力エアホースの各々の他端はコンプレッサに取りつけられる。コンプレッサは、コントローラ１０８の制御下で、加圧された空気をカートリッジに供給し、カートリッジからディスペンシングヘッド１１８内へ、およびスクリーン１６上へ半田ペーストを流入させる。空気圧に加えてまたは空気圧の代わりに、ピストンなどの機械デバイスを使用して、ＳＥＭＣＯカートリッジからディスペンシングヘッドに半田ペーストを押し出してもよい。
【００２５】
本発明の１つの実施形態では、コントローラ１０８はアプリケーション特定ソフトウェアとともにＭｉｃｒｏｓｏｆｔ  ＤＯＳまたはＷｉｎｄｏｗｓ（登録商標）ＮＴオペレーティングシステムを使用するパーソナルコンピュータを用いてインプリメントされ、本明細書中に記載のようにステンシルプリンタの作動を制御する。
【００２６】
ステンシルプリンタ１００は以下のように作動する。回路基板１０２はコンベアレール２４を用いてステンシルプリンタへ装填される。プリント回路基板１０２をステンシル１６へ自動的に位置合わせするためのマシン視覚プロセスがインプリメントされる。プリント回路基板１０２とステンシル１６とが接触するように、または近づくようにされ、その後半田ペーストが塗布される。次いで、ディスペンシングヘッド１１８は、それがステンシル１６と接触するまでｚ方向に下げられる。ディスペンシングヘッドがステンシル１６にわたってｘ方向に移動される間、高圧の空気がカートリッジ１０４に提供される。高圧の空気は半田ペーストをカートリッジの外部へ押しやり、ディスペンシングヘッド１１８のディスペンシングスロット１１８ａからステンシル１６のアパーチャを通って回路基板１０２上へ半田ペーストを押しやるディスペンシングヘッド中で、このパンダペーストに圧力をかける。ディスペンシングヘッド１１８がステンシル１６を十分に横切ると、回路基板１０２が低下してコンベアレール２４まで戻り、そしてプリンタから運搬され、その結果第２の回路基板がプリンタに装填され得る。第２の回路基板１０２上にプリントするために、ディスペンシングヘッド１１８は第１の回路基板のために使用された方向とは逆方向にステンシルにわたって移動される。あるいは、スクイジーアームがディスペンサに半田ペーストを含めるようにスイングすることができると、このディスペンサはｚ方向に持ち上げられ、そしてその元の位置まで戻され、同じ方向のストロークを使用して第２の回路基板にプリントするように準備され得る。
【００２７】
１９９９年１月２１日に出願された“Ｍｅｔｈｏｄ  ａｎｄ  Ａｐｐａｒａｔｕｓ  ｆｏｒ  Ｄｉｓｐｅｎｓｉｎｇ  Ｍａｔｅｒｉａｌ  ｉｎ  ａ  Ｐｒｉｎｔｅｒ”というタイトルの米国特許出願第０９／２３５，０３４号（この出願は本発明の譲渡人であるＳｐｅｅｄｌｉｎｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，  Ｉｎｃ．，に譲渡されており、本明細書中で参考として援用される）にさらに記載されるように、ディスペンシングヘッド１１８はプリント位置にまで下げられ、ステンシルと接触する。ステンシルプリンタ１００は、ディスペンシングヘッドがステンシルにわたって移動するときに各ＳＥＭＣＯカートリッジに付与された空気圧を使用して、ディスペンシングヘッド１１８からステンシル上へ半田ペーストを押しやることにより作動する。プリント位置において、２つのブレード（図示せず）がステンシルの上表面と接触するようになる。ディスペンシングヘッドがステンシルにわたって移動する各方向について、ブレードの１つはトレーリングブレードであり、ステンシルから過剰の半田ペーストを掻き取る。
【００２８】
プリントの終了時に、ディスペンシングヘッド１１８がステンシルから持ち上げられることが望まれる場合、コントローラ１０８は空気の圧力源を切り、その後ディスペンシングヘッド１１８を持ち上げる。これにより半田ペーストはディスペンシングヘッド１１８が持ち上げられたときにもチャンバ（図示せず）中に残ったままであり、プリントが完了したときにステンシルに残留する半田ペーストの量を効果的に低減する。
【００２９】
半田ペーストがプリント回路基板上に堆積された後、このプリント回路基板を自動的に検査するためのマシン視覚プロセスがインプリメントされる。本発明の１つの実施形態では、この検査プロセスはテクスチャ認識法を使用し、半田ペーストがプリント回路基板上に位置する所定の接触領域上に適切に堆積されるかどうかを決定する。本発明の実施形態で使用される半田ペーストテクスチャ認識システムがここに説明される。
【００３０】
図１Ｂを参照すると、スクリーンプリンタ１００の機能的ブロック図１０１が示される。図１Ｂにおいて、基板１０２上に堆積された物質１０２ａを有する基板１０２を検査するスクリーンプリンタ１００が示される。１つの実施形態では、基板１０２はプリント回路基板、ステンシル、ウェハまたは任意の平坦表面を含み、そして物質１０２ａは半田ペーストを含む。
【００３１】
図２Ａおよび図２Ｂは、図１Ｂの基板１０２に代えて使用され得るプリント回路基板２２０の平面図を示す。このプリント回路基板２２０は目的の領域２２２と接触領域２２４とを有する。プリント回路基板２２０はトレース２２６とビア２２８とをさらに有する。図２Ａは接触領域２２４のどこにも半田ペーストの堆積物がないプリント回路基板２２０を示す。図２Ｂはプリント回路基板２２０の所定の接触領域２２４上に分配された半田ペースト堆積物２２８を示す。プリント回路基板２２０において、所定の領域２２４は、このプリント回路基板２２０の示された目的の領域２２２にわたって分配される。
【００３２】
図２Ｂは半田ペースト堆積物２３０と接触パッド２２４との整列不良を示す。各半田ペースト堆積物２３０は接触領域の１つと部分的に接触している。しかし、良好な電気接触を保証し、パッド領域間のブリッジ（すなわち、短絡回路）を防止するために、半田ペースト堆積物２３０は特定の許容誤差内で接触パッド領域２２４と整列されるべきである。本明細書中に記載される本発明は、接触パッド上の整列不良の半田ペースト堆積物を検知し、その結果としてプリント回路基板の製造の歩留まりを概して向上させるテクスチャ認識を使用する方法を開示する。
【００３３】
再度図１Ｂを参照して、本発明の１つの実施形態において、半田ペーストテクスチャ認識のための方法は、基板１０２上に堆積された物質１０２ａを有する基板１０２の画像を取り込むためのカメラ１０４を使用するステップを包含する。１つの実施形態では、カメラ１０４は、実時間のアナログ信号１０５をフレームグラッバー１０６へ転送する電荷結合素子である。実時間のアナログ信号は、基板１０２上に堆積された物質１０２ａを有する基板１０２の画像に対応する。カメラ１０４は、基板１０２のラスタ型走査またはエリア走査（ａｒｅａ  ｓｃａｎ）を使用して物質１０２ａの画像を得ることができる。１つの実施形態では、カメラ１０４はまた、ミラー、ビームスプリッタまたは別のカメラの組み合わせを用いて、基板１０２またはステンシル１６の底面側を撮像することができる。
【００３４】
カメラ１０４はアナログ信号１０５をフレームグラッバー１０６に転送する。アナログ信号１０５は基板１０２および基板１０２の上に堆積された物質１０２ａの画像に関する情報を含む。フレームグラッバー１０６はアナログ信号１０５をデジタル化し、モニタ１０７に表示され得るデジタル化された画像１０５ａを生成する。デジタル化された画像１０５ａは所定の数の画素に分割され、各画素は０〜２５５グレーレベル（８ビット範囲）の輝度値を有する。本発明の１つの実施形態において、アナログ信号１０５は、基板１０２および基板１０２の上に堆積された物質１０２ａの実時間の画像信号を表す。しかし、別の実施形態では、格納された画像がコントローラ１０８に結合されたメモリデバイスから転送される。さらに、カメラ１０４、ならびに基板１０２および物質１０２ａの画像を取得するために使用される他のデバイスに依存して、使用される輝度値は０〜６５，５３５グレーレベル（１６ビット範囲）の範囲であり得る。
【００３５】
フレームグラッバー１０６はプロセッサ１１６に電気的に接続される。コントローラ１０８はプロセッサ１１６とフレームグラッバー１０６とを備える。プロセッサ１１６は、物質１０２ａの画像１０５ａ中のテクスチャにおける統計的な変動を計算する。物質１０２ａの画像１０５ａ中のテクスチャにおける変動は、基板１０２上の非物質背景フィーチャの相対的な輝度とは無関係に計算される。その結果、プロセッサ１１６は基板１０２上の物質１０２ａの位置を決定し、物質１０２ａの位置と所望の位置とを比較することができる。本発明の１つの実施形態では、所望の位置と物質１０２ａの現実の位置との間の比較が所定の閾値を超える整列不良を示す場合、プロセッサ１１６は誤差を低減または除去するように適応的手段（ａｄａｐｔｉｖｅ  ｍｅａｓｕｒｅｓ）で応答し、そして基板を拒絶し得るか、またはコントローラ１０８によって警告を発し得る。コントローラ１０８はステンシルプリンタ１００の駆動モータ１２０に電気的に接続され、ステンシルおよび基板、ならびにプリントプロセスに関連する他の動作の整列を容易にする。
【００３６】
コントローラ１０８は制御ループ１１４の一部である。制御ループ１１４は、ステンシルプリンタ１００の駆動モータ１２０、カメラ１０４、フレームグラッバー１０６およびプロセッサ１１６を含む。基板１０２上の物質１０２ａが整列不良になると、コントローラ１０８はステンシルプリンタフレーム１２、およびそれにより機械的に結合されたステンシル１６の整列を調整するための信号を送信する。
【００３７】
図３は、基板上の半田ペースト堆積物を検査するための方法のフローチャート３００を示す。ステップ３０２は、基板１０２上に堆積された物質の画像１０５を取り込むステップを包含する。１つの実施形態では、物質１０２ａは半田ペーストであり、基板１０２はプリント回路基板である。基板１０２上に堆積された物質１０２ａを有する基板１０２の画像１０５ａは実時間で取り込まれ得るか、またはコンピュータのメモリから取り出され得る。ステップ３０４は画像１０５ａをプロセッサ１１６に送信するステップを包含する。この検査方法における残りのステップはプロセッサ１１６により実行される。ステップ３０６は以下に説明する種々のテクスチャセンシティブ演算子を使用して画像１０５ａのテクスチャ変動を検知する。テクスチャ変動は基板１０２上の物質１０２ａの位置を決定するために使用される。ステップ３０８では、プロセッサ１１６は、特定の位置のテクスチャ変動を基板の所定の位置におけるテクスチャフィーチャと比較するようにプログラムされる。ステップ３１０において、変動が所定の限度内である場合、プロセッサ１１６は主プロセスを改善するように動的適応的手段（ステップ３１４）で応答し得る。変動が所定の限度外にある場合、ステップ３１４は基板を拒絶するため、またはプロセスを終結するため、またはコントローラ１０８によって警告を発するために、ステップ３１２を介して適切な回復手段を引き起こす。関連の統計的プロセス制御（ＳＰＣ）データは他のプロセスデータとともにステップ３１６で記録され、ローカルな、およびネットワークアクセスを介した再調査または分析が利用可能となる。
【００３８】
上記のように、画像１０５ａ中のテクスチャにおける変動を検知するステップ、および物質１０２ａの位置およびエリアと、所定の位置およびエリアを比較するステップは、プロセッサ１１６を利用する。
【００３９】
（プロセッサ機能）
プリント回路基板２２４上の半田ペースト２２８を認識するために、プロセッサ１１６によって用いられる技術がここに説明される。本発明の１つの実施形態では、プロセッサ１１６は４つの機能を実行する。４つの機能とは、画像の向上、テクスチャのセグメント化、画像位置分析、およびプロセス制御である。
【００４０】
先に記載したように、既存の半田ペースト検査システムは主に、基本的な単一または二重の閾値法を使用する。この閾値法は、半田ペーストを識別するために元の画像の画素輝度の差のみを利用する。本発明の実施形態では、プロセッサ１１６も、単一および二重の閾値技術を利用するが、画像においては種々のテクスチャセンシティブ演算子を使用してあらかじめ処理され、単一および二重の閾値が相対的なテクスチャに基づいて特定の領域を分離するために使用されることができ、この場合では、半田ペースト堆積物の位置と領域を識別する。二重の閾値技術は、エッジ画素またはテクスチャベースの画像の不確かな任意の領域において、より正確なスケーラブル転移を提供することができるので好ましい。
【００４１】
本発明の方法によって利用されるテクスチャセンシティブ演算子は、シャープニング演算子、ラプラシアン演算子、および平滑化演算子（ブースティング（ｂｏｏｓｔｉｎｇ）機構を含む）を含む。各演算子は、プロセッサ機能の一部として記載される。
【００４２】
テクスチャは輝度の変動である。特に、テクスチャはある画素から別の画素までの輝度の局所的な変動を示す。従って、輝度が画像中の高度として解釈されると、テクスチャは表面粗さの基準となる。
【００４３】
本発明の１つの実施形態では、範囲演算子が画像１０５ａ中のテクスチャを検知するために使用され得る。範囲演算子は近くにある最大輝度値と最小輝度値との差を表す。範囲演算子は元の画像１０５ａを輝度がテクスチャを表す画像へと変換する。具体的には、元の輝度フィーチャは消滅し、異なる構造の領域が範囲輝度により区別される。範囲演算子はまた、画像の端部の境界を規定するために使用され得る。
【００４４】
別のテクスチャ演算子は、近くの領域における分散によって表される。本発明の１つの実施形態において、プロセッサは分散を計算するようにプログラムされる。分散は基本的には中央の画素の輝度とその近くの画素の輝度との間の差の自乗の合計である。自乗の合計が近くの画素の数で除することで最初に規格化されると、この結果は値の平方自乗平均（ＲＭＳ）の差を表し、これは表面粗さに相当する。これらのテクスチャセンシティブ演算子および方法は、ソフトウェア供給業者によって供給される基本的なツールを使用してインプリメントされ、マシン視覚プロセスを達成し得る。これらのプロセスは概して、Ｊｏｈｎ  Ｃ．  Ｒｕｓｓによって“Ｔｈｅ  ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ、第２版”において、ならびにＧｅｒｈａｒｄ  Ｘ．  ＲｉｔｔｅｒおよびＪｏｓｅｐｈ  Ｎ．  Ｗｉｌｓｏｎによって“Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｖｉｓｉｏｎ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ  ｉｎ  Ｉｍａｇｅ  Ａｌｇｅｂｒａ”において議論されており、これらは本明細書中で参考として援用される。
【００４５】
本発明の１つの実施形態において、プロセッサ１１６は、上述したテクスチャセンシティブ演算子を使用して分離機能を実行するようにプログラムされる。プロセッサ１１６によって実行される操作は、図４Ａに示される機能的ブロック図に論理的に示される。ここでは、情報バス２１４によって接続された分離操作が示され、情報バス２１４により機能的ブロック間のデータの共有が容易になる。プロセッサ１１６のフィルタリング手段２０２は、テクスチャセグメント化プロセスを実行する。プロセッサ１１６の取得手段２０６は、ランタイム画像１０５ａを向上させるために、特定のコントラストおよび輝度を提供するための必要なゲインおよびオフセットを計算する。プロセッサ１１６の分析手段２１０は、基板１０２上の半田ペースト領域１０２ａの位置分析および輪郭分析を実行し、それらの両方を所定のパラメータと比較する。プロセッサ１１６のプロセス制御手段２１２は、半田ペースト領域１０２ａの画像におけるいかなるエイリアシングをも最小化するように使用される。以下に、プロセッサ１１６の種々の機能の各々の性能について論じる。
【００４６】
（フィルタリング部２０２）
本発明の１つの実施形態において、プロセッサ１１６のフィルタリング部２０２は、図４Ｂに示されるラプラシアンフィルタ２０２Ｂを用いた画像フィルタリングを行う。ラプラシアンフィルタ２０２Ｂはラプラシアン演算子を含む。ラプラシアン演算子は本質的には輝度の線形二次導関数（ｌｉｎｅａｒ  ｓｅｃｏｎｄ  ｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ）の近似値である。演算子は画像の点、線およびエッジを強調し、均一でスムースに変化する画像の領域を抑制する。１つの実施形態において、ラプラシアン演算子は図５Ａに示す３×３マトリックスにより表わされる。３×３マトリックスは、カーネルと呼ばれ、マイナス４に等しい値を有する中央の画素を有し、これは画像１０５ａ内の中央の画素の輝度値がマイナス４で乗算されることを意味する。ラプラシアンカーネルにおいて、中央の画素の横、上および下に接触する４つの近傍の値は１である。従って、画像１０５ａ内の中央の画素に最も近い４つの近傍の輝度レベルは、１が乗算される。典型的に、４つの近傍は、中央の画素に対して東西南北の方向を用いて位置が決められる。しかしながら、（図８Ａ〜図８Ｈに示すように）他の方向であってもよい。
【００４７】
カーネルの指定された画素は、対応するカーネル係数が乗算され、次に一緒に加算される。本実施形態において、ラプラシアンカーネル係数を全て足した値はゼロであることに留意されたい。従って、画像１０５ａの輝度が均一であるか輝度の均一な傾きを有する領域内では、このカーネルを提供した結果としてグレーレベルをゼロに低減できる。しかしながら、不連続部がある場合（例えば点、線またはエッジ）、ラプラシアンカーネルの結果は、不連続部のどこに中央の点があるかに依存して、非ゼロとなり得る。
【００４８】
画像１０５ａは何百万もの画素に分けられ得、本発明の方法は各画素についてその近傍との比較を行うため、プロセッサの速度が影響し得る。しかしながら、本発明の１つの実施形態において、オプションが提供され、画像を取り込み処理するための時間を削減することにより検査システムの動作速度が向上される。特に、フィルファクタ（ｆｉｌｌ−ｆａｃｔｏｒ）オプションが選択され得ることで、基板１０２の画像の部分的な処理のみが行われ得る。フィルファクタは、基板１０２の画像の計算された等価領域に達するために後に用いられるブロブ（ｂｌｏｂ）型演算子とともに用いられ得る乗算器である。
【００４９】
画像フィルタリング方法は、シャープニングステップをさらに含むフィルタリング部２０２により行われる。シャープニングステップは、図４Ｂに示すシャープニングフィルタ２０２Ａにより実行される。シャープニングフィルタ２０２Ａは、不連続のエリアのコントラストを局所的に向上させることにより、画像１０５ａを改良する。シャープニングフィルタは、特定のタイプのラプラシアンフィルタとして説明され得る。上述したように、ラプラシアン演算子は、ｘおよびｙ方向の輝度（Ｂ）の線形二次導関数の近似値であり、式（１．０）により表される。
【００５０】
【数１】
0004971543.tif 000002
上記の式（１．０）はローテーションに対して不変であり、それゆえに不連続性が続く方向に鈍感である。ラプラシアン演算子の効果は、画像１０５ａ内の点、線およびエッジを強調し、均一で、スムースに変化する領域を抑制することである。単独では、このラプラシアン画像はとても容易には解釈することはできない。しかしながら、ラプラシアンエンハンスメントと元の画像１０５ａとを組み合わせることにより、全体のグレースケールの変化は復元される。この技術はまた、不連続部におけるコントラストを向上させることにより画像をシャープにすることができる。
【００５１】
コントラストを局所的に向上させるために本発明の１つの実施形態において用いられるシャープニングフィルタ２０２Ａのシャープニングカーネルが図５Ｂに示される。シャープニングカーネルの中央の重みは５の値を持つことに留意されたい。本発明の他の実施の形態において、中央の重みはマイナス５であり、東西南北の近傍は１が乗算される。
【００５２】
シャープニングカーネルはまたシャープニング演算子と呼ばれ、画像１０５ａのエッジにおいて生じるコントラストを改良する。手順の正当化は２つの異なる説明において見出される。まず、画像内のにじみは偏微分方程式（１．２）に従う拡散プロセスとしてモデル化され得る。
【００５３】
【数２】
0004971543.tif 000003
ここで、にじみ関数はｆ（ｘ，ｙ，ｔ）であり、ｔは時間であり、κは定数である。式（１．２）が、時間τ周辺のテーラー級数展開を用いて近似される場合、にじみのない画像の輝度は、
【００５４】
【数３】
0004971543.tif 000004
のように表現される。より高次の項を無視した場合、式（１．４）は、
【００５５】
【数４】
0004971543.tif 000005
となる。従って、鮮明な画像Ｂの輝度は、にじんだ画像ｆからのラプラシアン（掛ける定数）を減算することにより復元され得る。
【００５６】
手順の第２の正当化は、フーリエ解析を用い得、画像輝度の高周波成分および低周波成分を含むハイパスフィルタとしてのラプラシアン演算子の演算を説明する。このアプローチにおいて、スムーシングカーネルはローパスフィルタとして説明される。このローパスフィルタは、隣の画素の輝度を変化させ得るノイズに関連する高周波変化を除去する。逆に、ハイパスフィルタは、これら高周波を残し（フィルタを通過させて）、輝度の穏やかな全体の変化に対応する低周波を除去することを可能にする。
【００５７】
従って、プロセッサ１１６のフィルタリング部２０２により実行される画像フィルタリング方法は、スムーシングステップを含む。スムーシングステップは、図４Ｂに示すスムーシングフィルタ２０２Ｃを用いて実施される。スムーシングフィルタ２０２Ｃは、画像１０５ａに関連する信号対雑音比を低減させるために用いられる。すなわち、スムーシングステップは空間的な平均化を行う。空間的な平均化は、画像１０５ａの小さな領域それぞれの画素輝度値を一緒に加算し、近傍の画素の数で割り、結果の値を新しい画像のコントラストとして用いる。
【００５８】
本発明の１つの実施形態において、利用されるスムーシング演算子を図５Ｃに示す。この実施形態において、スムーシングカーネルにおける中央および近傍の画素の値は全て１に等しい。スムーシングは、ここでは、後に行われる閾値処理によって分けられる同様のテクスチャ領域を平均化するように用いられる。
【００５９】
スムーシング処理は、画像の最大値を下げるとともに最小値を上げる傾向がある。明るい画素と暗い画素との比に依存して、結果の画像は、スムーシングが適用された際に明るくなり得るまたは暗くなり得る。無限のスムーシング処理の動作は、最終的には画像を１つのグレーレベルのみにし得る。この実施形態では（低周波数を示す）暗い画素がより優勢なので、使用される画素の数である９で割るかわりに、合計を８で割り、次の閾値演算のためにコントラストおよび輝度が改良されるように各適用またはパス（ｐａｓｓ）の後に、１．１２５のファクタにより平滑化された画像が効果的にブースト（ｂｏｏｓｔ）される。このことはまた、数値的には等価だがより遅い８の除算ではなく、３ビットシフト（２値）演算を可能にすることにより、処理速度を改良する。この実施形態において、最良の結果は、上述したように、典型的には６個のスムーシング適用またはパスの後に見られる。
【００６０】
本発明の他の実施形態においては、カーネル処理を行うことにより、信号対雑音比を低減させ得る。カーネル処理は、各画素をそれ自身およびその近傍の画素の平均値に置き換えることにより実行される空間的な平均化である。本発明の１つの実施形態において、コンピュータプログラムはカーネル処理を実行し、シャープニング演算子、ラプラシアン演算子およびスムーシング演算子を用いて上述の画像モフォロジを計算する。
【００６１】
（取得部２０６）
本発明の１つの実施形態において、プロセッサ１１６は、画像１０５ａを見るまたは取り込むために用いられる自動のゲインおよびオフセット（ＡＧＯ）を提供する取得部２０６を含む。概して、任意の調整手段、さもなければリアルタイム画像１０５または格納された画像１０５ａまたは画像１０５ａの一部の輝度、コントラストまたは全体の質を向上（ｅｎｈａｎｃｅ）させる任意の手段が適用され得る。このような向上機能は、ライティング構成、光学的フィルタの利用、空間的フィルタ、偏光器またはそれらの組み合わせを含む任意の方法を含み得るが、それに限定されない。向上機能はさらに、画像１０５ａ内の画素のソフトウェア操作を含み、収差、ビネッティング（ｖｉｇｎｅｔｔｉｎｇ）およびライティングの光学的な修正を提供する。
【００６２】
図６は、本発明の１つの実施形態におけるプロセッサ１１６の取得部２０６を説明するフローチャート５００を示す。フローチャート５００で説明されるステップは、プロセッサ１１６内のソフトウェア、ハードウェア構成またはハードウェアおよびソフトウェアの組み合わせにより実行され得る。図６を参照して、システムパラメータは、ステップ５０２においてマニュアルまたは自動的に設定され得、システムデフォルトパラメータは、用いられるカメラ１０４のタイプおよび様々なテイル部（ｔａｉｌ  ｌｏｃａｔｉｏｎ）への入力電圧を含み得る。テイル部は、画像１０５ａの輝度ヒストグラムの左端（最も暗い）、右端（最も明るい）すなわちテイルをいう。
【００６３】
ステップ５０４では初期画像１０５を取り込み、画像を解析するためのサンプリングウィンドウがステップ５０６で定義される。サンプリングウィンドウは、マニュアルまたは自動的に定義され得、ステップ５０８およびステップ５１４で実行される計算のための画像データのソースである。ステップ５０８では、画像１０５ａの左のテイルおよび右のテイルを所定の位置に移動させるのに必要なゲインおよびオフセットを計算する。ステップ５１０では、ステップ５０８で計算された情報に基づいた第２の取得を実行し、次の処理のための画像データのヒストグラム分布を調整および向上する。本発明の１つの実施形態では、ステップ５１０はまた、線形拡張（ｌｉｎｅａｒ  ｅｘｐａｎｓｉｏｎ）およびシフトを実行し、画像１０５ａの画像輝度およびコントラストをさらに改良する。
【００６４】
本発明の１つの実施形態において、典型的なプログラム可能なアナログ／デジタルコンバータ（ＡＤＣ）を備える映像フレームグラッバーを用いたとき、実験結果は初期の制限が下記の表１および表２に示すように設定され得る。
【００６５】
【表１】
0004971543.tif 000006
表１：自動ゲインおよびオフセット機能のための初期ＡＤＣコマンド値
表１は、クリッピングすることなく８ビットＡＤＣ出力範囲全体長さにわたってデジタル化する場合に、典型的には全範囲の標準の映像入力レベルを可能にする初期の８ビットＡＤＣコマンド値を示す。グレースケールの範囲が０（または７．５ＩＲＥ）〜２５５（または１００ＩＲＥ）で、１００ＩＲＥが０．７１４ボルトであり、オフセットおよびゲインのための初期のコマンド値がそれぞれ１６および１２７であることに留意されたい。
【００６６】
以下の表２は、ＡＤＣハードウェアの入力部を制御するために用いられる、コマンド値の最大および最小の範囲を示す。また、入力される映像信号および予想された信号範囲で動作する典型的な信号対雑音比性能に基づく調整限度を示す。
【００６７】
【表２】
0004971543.tif 000007
表２：ＡＤＣコマンド値の範囲および自動ゲインおよびオフセット機能の限度
以下の表３は、自動ゲインおよびオフセット（ＡＧＯ）機能により用いられる、ＡＤＣゲインおよびオフセットコマンド値を決定するための典型的な目標テイル位置を示し、ＡＤＣゲインおよびオフセットコマンド値は、次の取得において適用されるときに、対象としている同様の領域またはフューチャのテイルを目標値に制限する傾向がある。
【００６８】
【表３】
0004971543.tif 000008
表３：自動ゲインおよびオフセット機能のための初期の目標パラメータ
概して、特定の画像処理タスクについて、対象としている領域またはフューチャを最適化するターゲット値が選択される。ステップ５０８において、表３に示すテイル位置６３および１９１はＡＧＯ機能により用いられ、他の非ペースト画像データの有効性とは無関係に半田ペースト領域を向上する。または、表３に示すテイル位置１５および２４０は、有効な画像データの全領域を提供し、次の取得のテイルが８ビットグレースケールの各終端におけるクリッピングによるロス無しにわずかにドリフトすることを可能にするために用いられ得る。
【００６９】
本発明の１つの実施形態において、ステップ５０８は、約１２０±３ＩＲＥまたは０．８３５から０．８７８ボルトを上回るＲＳ１７０／ＮＴＳＣ信号電圧のためのクリップ範囲検出、警告および補正方法を含む。プロセッサ１１６は、信号電圧が通常の動作範囲にとどまっているように取得パラメータを自動的に調整する。
【００７０】
典型的なＲＳ１７０／ＮＴＳＣカメラは、１２０±３ＩＲＥまたは約０．８３５から０．８７８ボルトにセットされた信号クリップレベルを出力する。ここで、１００ＩＲＥは０．７１４ボルトに等しい。電圧がクリップ範囲を上回った場合、サチュレーションが起こったか起こりそうであることを示す警告メッセージが送られる。電圧がクリップ範囲を下回った場合、次に方法はステップ５１０に進む。ステップ５１０では新しく計算されたパラメータを施行し、さらなる処理のための向上された画像１０５ａを取得する。ステップ５１２では、ステップ５０６で定義されたサンプルウィンドウ座標を取り出し、サンプルウィンドウ座標を、ステップ５１０で取り込んだ新しい画像に適用する。ステップ５１４では、新しいサンプルウィンドウ上で統計ベースのＡＧＯ機能を実行し、最適なランタイム取得および処理パラメータを決定する。本発明のこの方法は、ランタイムにおいて取得される画像のペースト領域に同様の統計学的性質が生成されることを保証する。
【００７１】
ステップ５１６において、本発明の方法は、予備的なランタイム取得パラメータが所定のハードウェアおよびソフトウェア限度内にあるか否かを判定する。また、ステップ５１６では、カーネルのジオメトリおよび効果的なサンプリングレートを含む処理パラメータが性能の最大レベルを提供できるように最適化されているか否かを決定する。そうでない場合、次に、適切なシステムパラメータがステップ５１８で調整され、ステップ５１０で、新しいパラメータが挿入される。次に、ステップ５１０からステップ５１６が繰り返される。一旦、ステップ５２０においてランタイムパラメータがメモリに保存されていることが決定されると、本発明の方法は終了する。
【００７２】
プロセッサ１１６の取得部２０６におけるＡＧＯの効果を示すヒストグラムを図７Ａから図７Ｂに示す。図７Ａを参照して、プリント回路基板２２０上に堆積された半田ペースト１０２を有するプリント回路基板２２０の元の画像のヒストグラムが示される。ヒストグラムのｘ軸は０から２５５のグレーレベルを示し、ｙ軸は各グレーレベルにおける画像画素の数を示す。図７Ｂは、ペーストコントラストが向上された同じ画像のヒストグラムを示す。図７Ｂはまた、２５５でクリッピングされたかなりの数の非ペースト画素を示す。本発明の１つの実施形態において、（８ビットグレースケールを意味する）０から２５５に広がるグレースケールレベル上では元の画像の左のテイルは１５に等しく、右のテイルは２４０に等しい。本発明の他の実施形態では、ステップ５０２において、プロセッサ１１６が初期の取得パラメータを自動的に計算および設定することを可能にし、または、他に操作員がパラメータを設定することを可能にする。
【００７３】
上述したように、ステップ５１０では、ステップ５０８で計算されたパラメータに基づいて、新しい画像１０５ａを取得して対象としている領域（この場合は半田ペーストである）を向上する。図７Ｂを参照して、本発明の１つの実施形態では、向上された画像１０５ａの左のテイルおよび右のテイルのグレーレベルは１５および２５５において発生する。プロセッサ１１６の取得部２０６により行われる計算は、テイル６３および１９１の間で発生する対象としている半田ペースト領域のような半田ペースト領域の線形拡張およびシフトを生成する。図７Ｂはまた、ステップ５０８で計算されたパラメータが適用された場合に、クリッピングしなければ２５５を越える値をクリッピングすることに起因するグレーレベル２５５における画素の数の増加を示す。
【００７４】
図７Ａと図７Ｂとを比較して、ペーストとして指定されたエリア内のｙ軸の高さの低減は、同じだけの数のペースト画素数がより多くのグレーレベルにわたって再分配されたことを反映する。
【００７５】
（分析部２１０）
プロセッサ１１６のロケータ分析部２１０を用いて、半田ペーストの所定の接触領域２２４に対する位置を判定する。各エリアの座標は、重心、ブロブ（ｂｌｏｂ）技術、相関および他の様々な検索ツールを用いて判定することが可能である。ブロブ技術および重心を用いたプロセスは、Ｊｏｈｎ  Ｃ．Ｒｕｓｓによる「Ｔｈｅ  Ｉｍａｇｅ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ，第２版」（４１６〜４３１ページ、４８７〜５４５ページ）と、Ｇｅｒｈａｒｄ  Ｘ．ＲｉｔｔｅｒおよびＪｏｓｅｐｈ  Ｎ．Ｗｉｌｓｏｎによる「Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｏｆ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｖｉｓｉｏｎ  Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｓ  ｉｎ  ｉｍａｇｅ  Ａｌｇｅｂｒａ」（１６１〜１７２ページ）において記載されており、周知である。本明細書中、これらの文献を参考のため援用する。
【００７６】
位置分析の結果を用いて、ペーストの在否および整列を検出し、これにより、所望の接触領域２２４とのステンシル１６の整列を検出する。この結果から、適応および修正を行うプロセスの制御手段の基準値も得られる。本発明の１つの実施形態において、ロケータ部２１０によって提供される情報を用いて、ディスペンサヘッド１１８の動作パラメータを変更する。
【００７７】
（半田ペースト画像のアンチエイリアシング（プロセス制御部２１２））
プロセッサ１１６のプロセス制御部２１２を用いて、半田ペースト領域１０２ａの画像におけるあらゆるエイリアシングを最低限にとどめる。基板１０２上に堆積された半田ペースト領域１０２ａのデジタル化画像１０５ａを取得する際、半田ペーストテクスチャ認識に独特の複数の条件を考慮する。具体的には、本発明の１つの実施形態において、ペーストの粒径と、様々な倍率の画像１０５ａの品質に対するペーストの粒径の影響とを考慮する。通常は、サンプリングレートがナイキスト周波数よりも高速であれば、エイリアシングを回避することが可能である。しかし、半田ペースト領域の結像を行う際、粒径、焦点距離、倍率およびＣＣＤの画素間隔間の関係が適切でないと、エイリアシングはやはり発生し得る。１つの実施形態において、本発明のテクスチャ認識方法では、４種類の半田ペーストを想定しており、これらのペーストを以下の表４中に示す。
【００７８】
【表４】
0004971543.tif 000009
表４：使用半田ペーストの種類およびその異なる粒径
一般的には、半田ペーストの種類が異なると、その粒径も異なる場合が多い。表４は、様々な種類の半田ペーストに関連する公称の粒径をリスト化したものである。本発明の１つの実施形態において、粒径の差から、ＣＣＤカメラ１０４で半田ペースト堆積物１０２ａを有効にサンプリングすることが可能な最低倍率が得られる。
【００７９】
１組のシステム倍率（測定単位はミクロンまたはミル／１画素）を、表４中に示す各半田ペーストタイプがナイキスト限度値でサンプリングされるように選択すると、以下の表５中に示すような適合倍率の表が作成され得る。
【００８０】
【表５】
0004971543.tif 000010
表５：様々な種類の半田ペーストに対する適合システム倍率（表５中、Ｘは適合倍率を示し、システム倍率をミクロン（μｍ）およびミル／１画素（ｍｐｐ）で示す）
理論上は、ナイキスト限度値は、所与のシステム倍率で正確にサンプリングされ得る最高周波数であり、上記の場合では最小粒径である。ナイキスト限度値は、サンプリングレートの半分として規定され得る。
【００８１】
上述したように、この半田ペーストのテクスチャを認識する方法は、ユニークな近傍フィーチャと、画像がシャープに焦点が合った状態になったときに顕著となる半田ペーストの統計値とに依存する。本発明の１つの実施形態において、光学的結像ハードウェアを用いて、ペーストのテクスチャを正確にサンプリングする。あるいは、倍率を概して限定して、半田ペーストのユニークな周波数特性が失われないようにする（ただし、限定されたエイリアシングが受容可能な場合）。なぜならば、得られる画像データ（特にペースト領域における画像データ）の特性を用いて、ペーストの形跡を検出することも可能であるからである。
【００８２】
本発明の１つの実施形態において、周波数依存性のカーネルのサイズおよび形状を適用することにより、プロセッサ１１６の性能を適切な範囲の倍率内で最適化する。主要画素（中心画素である場合が多い）から適切な距離を保つ近傍画素を、ペースト粒子の空間周波数に基づき、手動または自動で選択することが可能である。処理カーネルのジオメトリをこのようにして調節することにより、有効サンプリングレートを調節して、様々なペーストタイプに対応することが可能である。本発明の１つの実施形態において、センササンプリングレートは、サイクル毎ミリメートルで測定された画素の中心対中心間隔の逆数に比例し、正確にサンプリングされ得る最高周波数は、センサのサンプリングレートの半分である。倍率を、半田ペースト領域の画像の取り込みまたは処理を行う際に用いられる画素分布パターンの関数として記述することも可能である。
【００８３】
図８Ａ〜８Ｈは、領域上に堆積する半田ペーストを認識する際に用いられる様々な画素分布パターンを示す。これらの画素分布パターンは、ペーストのテクスチャの間隔の構成に対するサンプルカーネルの構成を示す。拡大用に用いられる画素分布パターンは、半田ペーストの粒径に依存する。図８Ａ〜８Ｂおよび８Ｅ〜８Ｆにおいて、画素分布パターンは、中心画素と、隣接し合う近傍画素とを示す。図８Ｃ〜８Ｄおよび８Ｇ〜８Ｈにおいて、中心画素と近傍画素とを様々な距離で分離させた様子を示す。これらの距離は、中心画素に中心を有する円の直径（測定単位：ミクロンおよびミル）によって表される。その半径は、有効画素間隔またはサンプリングレートに対応する。従って、この直径は、ナイキスト限度値か、または、示されたカーネルジオメトリを用いて有効にサンプリングされ得るペースト粒径の最低理論値を示す。図８Ａ〜８Ｄ中に示す本発明の１つの実施形態において、各画素は０．６６２１ミルを示し、対象となる円領域は、直径が１．３２４２ミルから３．７４５４ミルの間で異なる。図８Ｅ〜８Ｈにおいて、各画素は０．４７９７ミルを示し、対象となる円領域は、直径が０．９５９４ミルから２．７１３６ミルの間で異なる。
【００８４】
カーネルの構成は、図８Ａ〜８Ｈ中に示すものに限定されず、一般的には、画素間の連結は不要である。
【００８５】
（実験結果）
上述したように、本発明の１つの実施形態では、統計学的動作およびモフォロジ的動作を組み合わせてデジタル化画像上で用いて、半田ペーストのテクスチャのエリアからなるエリアを、プリント回路基板、ステンシル、ウェハまたは任意の基板の上の他のフィーチャが豊富な非ペーストエリアと分離させる。図９Ａ〜９Ｄは、本発明の実施形態を用いたシステムから得た結果を示す。
【００８６】
図９Ａ中のデータは、プリント回路基板８０２のサチュレーションのない未処理画像データである。プリント回路基板８０２は、半田ペーストエリア８０４と、半田ペーストエリア８０４上に分布する非ペーストフィーチャとを有する。この未処理画像は、接触領域８１０につながる回路トレース８０８を輪郭形成する良好に規定されたエッジ８０６と、この接触領域の開始部分となる良好に規定された分離ライン８１２とを示す。
【００８７】
図９Ｂ中に、本発明を用いた画像処理の結果を示す。この処理画像は、図９Ａでは見られない半田ブリッジ８１４を示す。非ペーストフィーチャ（例えば、図９Ａ中に示すエッジ８０６、トレース８０８、接触領域８１０および分離ライン８１２）は、対象領域８１６中において白色のエリアとして図示され、一方、半田ペースト領域８１８は黒色で図示されている点に留意されたい。出力画像中の半田ペーストの存在は黒色領域として示されているため、完全には黒色または白色になっていない領域は全て、ペーストエッジにおけるスケーラブルな遷移領域か、または、当該位置において不確定な他の何らかのエリアを示す。従って、グレーのスケーラブル領域８２０は、エッジ部がエリア全体の大部分を構成する少量のペースト堆積物の位置およびエリアを記録する能力を向上させ、また、特定の条件下において、画像品質、輝度およびコントラストの変動に対する耐性を強化する。
【００８８】
図９Ｃ中に、同じプリント回路基板８０２のサチュレーションのある未処理画像を示す。プリント回路基板８０２は、半田ペーストエリア８０４と半田ペーストエリア８０４上に分布する非ペーストフィーチャとを有する。この未処理画像は、接触領域８１０につながる回路トレース８０８を輪郭形成する同様に良好に規定されたエッジ８０６を示す。しかし、図９Ａ中に示すこの良好に規定された分離ライン８１２と、トレース８０８および接触パッド８１０のグレーレベルの表現とは、図９Ｃにおいて識別不可能である。図９Ｃは、プリント回路基板上の斑点（ｂｌｅｍｉｓｈ）８２２も示す。これらの斑点８２２は、先行画像のいずれにおいても観察されていない。
【００８９】
図９Ｄは、本発明の方法を用いて処理されたサチュレーションのある未処理画像である。図９Ｄ中に示すこの処理画像において、半田ブリッジ８１４をが現れている。図９Ｄ中に非ペーストフィーチャ８１６を白色で示し、ペーストエッジ８２０および不確定エリアをグレーで示し、半田ペースト領域８１８を黒色で示す。これらの半田ペースト領域８１８は、半田ペーストが１００％検出されたエリアを示す。本発明の方法を適用する場合、基板上の非半田ペースト領域（例えば、図９Ｃ中に示す斑点８２２）は無視している点に留意されたい。これらのグレーレベルはスケーラブルなエリアであり、プリント回路基板上の非本質的フィーチャと半田ペースト堆積物との間に存在する領域を示す。このグレーのスケール情報は、エッジ画素および不確定エリアの比率の計算を可能にする。従って、これらのスケーラブルなグレーエリアは、黒色または白色のバイナリ画像の場合よりも多くの半田ペーストの接触領域の品質に関する情報を観察者に提供する。
【００９０】
図１０Ａ〜１０Ｃおよび図１１Ａ〜１１Ｃは、本発明の実施形態を用いたシステムから得た画像を比較した結果を提供する。図１１Ａは、サチュレーション以外は図１０Ａと同じ未処理画像を示す。これらの未処理画像を、本発明の方法を用いて処理する。処理画像は、単一の閾値処理技術を適用することによりバイナリ（すなわち、黒色または白色）化されるか、または、処理画像は、二重閾値利用技術を適用することにより、スケーラブルなグレーレンジを有し得る。上述したように、二重閾値を用いれば、ペーストエッジおよび他の不確定エリアにある遷移領域を適切に考慮することが可能となる。従って、本発明の方法を用いれば、品質制御ソフトウェアプログラムの能力を向上させ、これにより、エリア全体の大部分がエッジによって構成される少量のペースト堆積物のエリアを正確に記録できる。また、本発明の方法は、画像品質、輝度およびコントラストの変動に対する耐性もより強い。
【００９１】
図１０Ａ〜１０Ｃは、複数のボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）画像を示し、単一閾値の処理および二重閾値の処理をサチュレーションのない未処理画像に施した結果得られた画像を比較している。図１０Ａは、処理されていない未処理のサチュレーションのないＢＧＡ画像１００２と、所定の接触パッド１００４のアレイとを示す。図１０Ｂは、図１０Ａ中に示す未処理ＢＧＡ画像に単一閾値プロセスを行った結果を示す。図１０Ｃは、図１０Ａ中に示す未処理ＢＧＡ画像にスケーラブルなグレーレベルを用いて二重閾値プロセスを行った結果を示す。不確定のエッジおよび領域は、灰色の陰として示している。１００６において不確定領域が現れている。
【００９２】
図１１Ａ〜１１Ｃは、単一閾値処理および二重閾値処理を画像に施した場合のサチュレーションのある未処理のＢＧＡ画像１００２との比較のための一連のＢＧＡ画像を示す。図１１Ａ〜１１Ｃはまた、本発明の実施形態を用いるシステムからのボールグリッドアレイ（ＢＧＡ）のサチュレーションのある画像の比較結果としても供される。図１１Ａは、所定の接触パッド１００４のアレイと、処理されていない未処理のサチュレーションのあるＢＧＡ画像１００２とを示す。図１１Ｂは、単一閾値処理を図１１Ａの未処理ＢＧＡ画像１００２に行った結果を示す。図１１Ｃは、スケーラブルなグレーレベルを用いた二重閾値処理を図１１Ａの未処理ＢＧＡ画像に行った結果を示す。不確定のエッジおよび領域は、灰色の陰である。同じ不確定領域１００６が、図１０Ｃおよび図１１Ｃ両方に現れている。
【００９３】
図１０Ｂ〜Ｃおよび図１１Ｂ〜Ｃは、本発明の方法が、非ペーストフィーチャにおける有意な画像の輝度およびコントラストの変動（例えば、非線形の輝度変化および非ペーストフィーチャのサチュレーションまたはドロップダウンによるデータ損失）に対して耐性を有することを示す。
【００９４】
図１２は、本発明の実施形態を用いたシステムに平滑化を施した結果のヒストグラム１２００を示す。このヒストグラムを、非ペースト領域１２０２、遷移領域１２０４および半田ペースト領域１２０６の３つの領域に分割する。ヒストグラム１２００は、平滑化画像中のテクスチャに対応する画素輝度の分布を示す。１つの実施形態において、平滑化画像は、ペースト部を白色で示し、非ペースト部を黒色で示す。従って、ペースト画素１２０６はヒストグラムの右側に偏り、非ペースト画素１２０２は左側に偏る。画像中のエッジ部に対応する遷移画素１２０４は、ペースト領域と非ペースト領域との間のエリア中に見られる。本発明の別の実施形態においては、平滑化画像を反転させて、ペースト部を黒色で示し、非ペースト部を白色で示す。
【００９５】
本発明の実施形態は、非本質的背景フィーチャを効果的に除去する方法を用いることによりステンシルプリンタに関連する従来の半田ペースト検査システムに関連する問題を解消し、プリント回路基板上の半田ペースト領域を強調表示する。しかし、当業者であれば、本明細書中に記載の方法および装置は、半田ペースト以外の材料の検査とも関連付けが可能であり、また、この方法は、ステンシルプリンタ以外の装置にも利用可能であること理解する。
【００９６】
本明細書中の記載内容の改変例、変更例および他の実施例が、特許請求の範囲に記載された本発明の意図および範囲から逸脱することなく、当業者によって想起される。従って、本発明は、上記の例示的記載によって規定されるものではなく、本明細書中の特許請求の範囲の意図および範囲によって規定されるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  本発明のある実施形態によるステンシルプリンタの前面図である。
【図１Ｂ】  本発明の別の実施形態の模式図である。
【図２Ａ】  プリント回路基板の模式図である。
【図２Ｂ】  プリント回路基板の模式図である。
【図３】  基板上の半田ペースト堆積物を検査するための方法のフローチャートである。
【図４Ａ】  本発明の方法を使用するプロセッサ内のさまざまな領域の模式図である。
【図４Ｂ】  本発明の方法を使用するプロセッサ内のさまざまな領域の模式図である。
【図５Ａ】  本発明の方法で典型的に使用されるさまざまなフィルタの代表図である。
【図５Ｂ】  本発明の方法で典型的に使用されるさまざまなフィルタの代表図である。
【図５Ｃ】  本発明の方法で典型的に使用されるさまざまなフィルタの代表図である。
【図６】  本発明の自動ゲインオフセットフィーチャをインプリメントするための方法のフローチャートである。
【図７Ａ】  プリント回路基板の半田ペースト分布を表す模式図である。
【図７Ｂ】  プリント回路基板の半田ペースト分布を表す模式図である。
【図８Ａ】  ペーストテクスチャ空間対倍率に対するさまざまなカーネル構成オプションの模式図である。
【図８Ｂ】  ペーストテクスチャ空間対倍率に対するさまざまなカーネル構成オプションの模式図である。
【図８Ｃ】  ペーストテクスチャ空間対倍率に対するさまざまなカーネル構成オプションの模式図である。
【図８Ｄ】  ペーストテクスチャ空間対倍率に対するさまざまなカーネル構成オプションの模式図である。
【図８Ｅ】  ペーストテクスチャ空間対倍率に対する様々なカーネル構成オプションの模式図である。
【図８Ｆ】  ペーストテクスチャ空間対倍率に対する様々なカーネル構成オプションの模式図である。
【図８Ｇ】  ペーストテクスチャ空間対倍率に対する様々なカーネル構成オプションの模式図である。
【図８Ｈ】  ペーストテクスチャ空間対倍率に対する様々なカーネル構成オプションの模式図である。
【図９Ａ】  本発明の実施形態を使用するシステムから生じる実験結果を表す図である。
【図９Ｂ】  本発明の実施形態を使用するシステムから生じる実験結果を表す図である。
【図９Ｃ】  本発明の実施形態を使用するシステムから生じる実験結果を表す図である。
【図９Ｄ】  本発明の実施形態を使用するシステムから生じる実験結果を表す図である。
【図１０Ａ】  サチュレーションなしで、本発明の実施形態を使用したシステムからの未処理の画像の比較である。
【図１０Ｂ】  サチュレーションなしで、本発明の実施形態を使用したシステムからの未処理の画像の比較である。
【図１０Ｃ】  サチュレーションなしで、本発明の実施形態を使用したシステムからの未処理の画像の比較である。
【図１１Ａ】  サチュレーションありで、本発明の実施形態を使用したシステムからの未処理の画像の比較である。
【図１１Ｂ】  サチュレーションありで、本発明の実施形態を使用したシステムからの未処理の画像の比較である。
【図１１Ｃ】  サチュレーションありで、本発明の実施形態を使用したシステムからの未処理の画像の比較である。
【図１２】  本発明の実施形態を使用したシステムから生じる実験結果のヒストグラムである。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【図８Ｃ】
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【図８Ｄ】
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【図８Ｅ】
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【図８Ｆ】
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【図８Ｇ】
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【図８Ｈ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図９Ｃ】
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【図９Ｄ】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１１Ｃ】
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【図１２】
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